간단 열처리로 양극성 반도체 극성 조절

간단 열처리로 양극성 반도체 극성 조절

울산과기대 오준학·양창덕 교수팀

 

국내 연구진이 유기물질로 만든 박막 트랜지스터의 고질적 문제인 전자(electron)와 정공(hole) 이동도의 불균형을 열처리로 간단히 해결하는 방법을 고안했다.

11일 교육과학기술부에 따르면 울산과학기술대학교(UNIST) 오준학·양창덕 교수가 주도한 연구팀은 이런 내용을 담은 논문을 재료과학 분야 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)' 이달호에 표지논문으로 실었다.

유기박막 트랜지스터는 기존의 실리콘으로 만든 무기박막 트랜지스터와 달리, 충격에 강하고 종이처럼 얇아 자유자재로 구부릴 수 있으면서 제작공정이 간단하고 비용도 저렴한 장점이 있다.

이런 유기박막 트랜지스터의 특성을 좌우하는 유기반도체 재료는 크게 단극성 반도체와 양극성 반도체로 나뉜다.

단극성 반도체는 전자와 정공의 2개 운반체 중 하나를 통해서만 전류가 흐르는 것으로 n형 반도체는 전자를, p형 반도체는 정공을 전하 운반체로 사용한다.

반면 양극성 반도체는 전자와 정공을 모두 구동전하로 활용한다. 하나의 패턴 공정으로 전자회로를 제조할 수 있어 단극성 반도체에 비해 간편하다.

그러나 양극성 반도체에서는 전자와 정공의 이동도가 불균형해 반도체와 전극층을 만들기 위해 추가공정이 필요했다.

연구팀은 추가공정을 거치지 않고 간단한 열처리만으로 양극성 반도체에서 주된 전하 운반체의 극성을 조절할 수 있는 고분자 재료를 개발했다.

열처리로 고분자 재료의 작용기를 제거한 뒤 고분자 사슬간의 수소결합을 유도해 분자간 상호작용을 증가시키고 사슬간 거리를 좁힘으로써 전자와 정공의 이동 특성을 높이는 기술이다.

그 결과 열처리 전에는 정공 이동도가 우세해 p형이 주극성이었지만, 열처리 후에는 전자 이동도가 우세해져 n형이 주극성이 됐다. 양극성 고분자 반도체에서 주된 전하 운반체의 극성을 조절하고, 전하 이동도 불균형을 해소할 수 있게 된 것이다.

오준학 교수는 "하나의 고분자 반도체를 이용해 p형과 n형 반도체 특성을 모두 구현할 수 있는 간단한 방안을 제시했다는 점에 의의가 크다"며 "현재 고성능 양극성 고분자를 개발 중에 있으며, 이런 기술은 앞으로 더 저렴하면서도 가볍고 유연한 전자기기 제조를 앞당길 것"이라고 말했다.

이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.

▲ 울산과학기술대학교(UNIST) 오준학·양창덕 교수팀의 연구성과가 과학학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)' 이달호에 표지논문으로 실렸다. 이 모식도는 용액공정으로 제조된 양극성 유기박막 트랜지스터의 구조와 열처리 전·후 전환에 대한 내용을 담고 있다.

사이언스타임즈 저작권자 2012.10.12 ⓒ ScienceTimes