​국내연구진, 유기반도체 분자배열 원리 규명

김봉수 KIST 국가기반연구기술본부 박사 연구팀 성과

아주경제 김봉철 기자 = 국내 연구진이 착용형 기기에 적용되는 유기 반도체의 분자 정렬방향을 조절해 반도체 성능을 대폭 향상시키는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 국가기반연구기술본부 광전하이브리드연구센터 소속 김봉수 박사 연구팀이 이러한 연구성과를 냈다고 10일 밝혔다.

유기 반도체는 분자의 정렬 구조와 방향에 따라 성능이 달라지는 것으로 알려졌지만 정확한 기제(메커니즘)는 규명된 바 없다.

연구팀은 유기반도체 분자를 구성하는 포화탄화수소의 사슬(chain)에 따라 분자가 쌓이는 방향이 달라진다는 것을 밝혔다.

사슬이 짧은 포화탄화수소는 기판에 세로로 서 있는 분자 구조를 띠고 사슬이 긴 것은 기판에 가로로 누워있는 구조를 만든다는 것이다.

분자들이 이렇게 한쪽으로 정렬하면 전자 역시 특정 방향으로 흐르기 쉽다. 전자의 전송 방향에 큰 영향을 받는 유기 반도체 소자 특성상 이는 소자 성능 개선의 실마리가 될 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

세로로 서 있는 분자 구조에서는 전자가 가로로 전송돼 유기 트랜지스터 성능 향상을 촉진하는 반면에 가로로 누워있는 구조는 유기 태양전지에서 높은 성능을 보여준다.

실제 연구팀은 이렇게 분자 구조를 조절하면 유기 트랜지스터는 700배, 유기 태양전지는 3배가량 성능이 향상된다는 사실을 확인했다.

김봉수 박사는 “이번 연구는 유기 분자의 방향을 응용 목적에 따라 조절하는 길을 열었다는데 의의가 있다”고 자평했다.

이 연구성과는 나노화학 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ 최근호에 실렸다.