▲ 정대성 중앙대학교 화학신소재공학부 교수와 김윤희 경상대학교 화학과 교수 .

국내연구진이 물을 이용하여 고성능 반도체를 제조할 수 있는 기술을 개발해 기존 유기반도체의 공정을 친환경적인 공법으로 대체할 수 있게 됐다.

미래창조과학부(장관 최양희)와 한국연구재단(이사장 정민근)은 국내 연구진이 유기용매 대신 ‘물’을 이용해 친환경 반도체를 제조할 수 있는 기술을 개발하였다고 지난24일 밝혔다.

정대성 교수(중앙대)와 김윤희 교수(경상대) 등은 미래창조과학부와 한국연구재단에서 지원하는 기초연구사업(신진연구자지원)과 원천기술개발사업(글로벌프론티어사업)으로 동 연구를 수행하여 이룩한 성과이다.

연구진은 비이온 계면활성제로 유기반도체를 물에 분산시켜 물로부터 고성능 유기반도체 박막 제조에 성공했다.

유기반도체는 유기체(탄소와 탄소화합물)로 만들어진 반도체로 , 현재 주로 쓰이고 있는 실리콘 반도체보다 가볍고 유연하며 적은 비용으로 제작이 가능해 OLED등 차세대 디스플레이 기기등에 활용되고 있다.

유기반도체로 다이오드 같은 장치를 구현하기 위해서는 고체 형태로 제조된 유기반도체를 녹여서 필름으로 성형을 해야하는데 이과정에서 유기반도체를 고르게 녹이기 위해 사용되는 유기용매는 내부부식성과 인체유해성, 환경규제등을 고려하면 경제적이지 못해 친환경적인 용매가 필요한 시점이었다.

이에 따라 연구진들은 계면활성제를 통해 반도체를 물에 녹이려 했지만, 이때 활용된 이온성 계면활성제가 반도페 박막 형성후에도 일부가 내부에 남게되어 전도성을 저해하는 문제가 있었다.

정대성 중앙대 교수 연구팀과 김윤희 경상대 교수 연구팀은 기존 연구에서는 활용하지 않았던 에틸렌글리콜을 친수성 영역으로 하고 탄소사슬을 소수성 영역으로 하는 ‘비이온성 계면활성제’를 새로운 구조로 개발했다.

이 활성제를 활용하여 유기반도체 박막을 제작하자, 박막 형성 후에 활성제가 손쉽게 떨어져 나갔으며 박막 구동후에는 전하이동도(2.5 cm2/Vs)를 보였고, 이는 기존의 유기용매로 만들어진 유기반도체뿐만 아니라 실리콘 등의 무기 반도체와 비교했을 때에도 유사한 수준임을 확이했다.

한편, 정대성 교수는 “이번 연구 성과는 세계 최초로 물을 활용한 고성능 반도체 제조 기술을 개발한 것으로, 현재 우리나라의 핵심 개발기술인 디스플레이와 각종 이미지 센서 등의 제조에 친환경 기술로 접목될 수 있어 산업계로부터 크게 각광받을 것으로 예상한다.”라고 밝혔다.

한편, 해당 연구 결과물은 특허로 출원되었고 재료분야 세계적인 권위지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 온라인판 8월 19일 자에 게재되었으며, VIP논문으로 선정되었으며 표지논문으로 게재될 예정이다.

▲ 유기반도체소재를 ‘물’에 분산시키고, ‘물’로부터 공정을 하고 최종적으로 계면활성제를 제거하는 실험과정의 모식도.