지스트, 투명한 유기 반도체 결정 크기 조절 '결정씨앗' 개발

GIST(광주과학기술원) 연구진이 무기 반도체를 대체할 물질로 개발 중인 유기 반도체의 결정(結晶) 성장 조절 문제를 유기산을 이용한 결정씨앗(crystal seed) 형성을 통해 해결, 고성능 유기 반도체의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. [사진=지스트 제공]

아주경제 김태성 기자 = GIST(광주과학기술원) 연구진이 무기 반도체를 대체할 물질로 개발 중인 유기 반도체의 결정(結晶) 성장 조절 문제를 유기산을 이용한 결정씨앗(crystal seed) 형성을 통해 해결, 고성능 유기 반도체의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

29일 광주과기원(GIST)에 따르면 신소재공학부 이광희 교수가 주도하고 GIST 차세대에너지연구소(RISE) 권순철 박사가 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업(도약연구)과 GIST 기관 고유 사업의 지원으로 진행됐다.

연구 결과는 어드벤스트 머티리얼즈(Advanced Materials) 10월 1일자 온라인판에 게재됐다.

연구팀은 유기 반도체 결정의 성장을 제어할 수 있는 70나노미터(nm) 크기의 결정씨앗 개발에 성공했다.

결정씨앗 은 액체 또는 기체상의 반도체를 고체 결정화하는데 필요한 개시(開始) 물질이다.

연구팀은 유기 반도체 용액에 유기산을 소량 투여해 유기 반도체들 사이에 강력한 정전기적 인력을 형성시켜 70나노미터(nm) 크기의 단단한 혼합체(결정씨앗)를 만들었고, 이 혼합체는 반도체의 결정 크기를 최대 3㎜까지 성장시키는 데 도움을 줬다.

이렇게 결정이 커진 유기 반도체는 무기 반도체를 대체할 수 있는 전하이동도(18 cm2/Vs)와 함께 기존 대비 95% 이상의 높은 가시광 투과도를 보였다. 특히 고전압(> 60 V) 환경에서도 성능저하 없이 안정적인 반복 구현이 가능했다.

이광희 교수는 "이번 연구로 유기 반도체 상용화의 가장 큰 장벽이었던 결정크기의 성장 조절 문제가 해결됐다"며 "값비싼 무기 반도체를 대체해 향후 차세대 유기 전자소자와 웨어러블 디바이스 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.