▲ 수성 반도체 잉크 비교 모식도.

국내 연구진이 기존에 독성 유기 용매에 의존해 유기 반도체를 제작하던 기술을 극복하고 물에 의한 공정을 통해 다양한 전자소자에 유기 반도체를 적용할 수 있음을 증명했다.

과학기술정보통신부(장관 유영민)과 한국연구재단(이사장 조무제)는 정대성 대구경북과학기술원 교수 연구팀이 비누를 구성하는 성분인 계면활성제를 이용해 환경 친화적인 수성 반도체 잉크를 제조하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

고분자 반도체는 유연성이 좋고 무게가 가벼울 뿐만 아니라, 용액공정을 통해 저비용으로 넓은 면적에 공정할 수 있기 때문에 웨어러블 스마트 기기 등의 차세대 재료로서 각광받고 있다.

하지만 일반적으로 고분자 반도체는 유독한 유기용매로만 소자제작 공정이 가능하기 때문에 새로운 제작 기술 개발이 필요한 실정이었다.

이에 연구팀은 독성이 있는 유기용매를 사용하지 않는 친환경 반도체 제조공정을 위해서 계면활성제에 물을 섞으면 유기용매를 대체 할수 있음에 주목하고 계면활성제를 이용한 반도체 표면 제어 기술을 개발했고, 이를 통해 수성 반도체 잉크를 제작했다.

계면활성제는 성질이 다른 물질을 서로 섞이게 해주는 첨가제이다. 연구진은 18종의 계면활성제를 이용해 실험을 하고 200nm이하의 미세한 콜로이드의 형성이 가능한 4종류의 이온성 계면활성제를 확보했다.

또한 이 4종 중에서 반도체를 만들고 쉽게 제거가 가능한 성질을 가진 한 종을 골라 이 계면활성제에 물을 섞어 만든 수성잉크를 만들어냈다.

만들어낸 수성잉크를 바른 반도체는 기존의 유독한 유기용매를 이용해 만든 전자소자와 비스한 성능을 보였다.

연구진은 기존 반도체 웨이퍼 표면 세정 기술에 접목할 경우 보다 우수한 친환경적 표면 세정을 가능하게 할 것으로 기대된다고 밝혔다.

정대성 교수는 “이번 연구는 웨어러블 전자소자의 핵심소재로 각광받고 있는 유기 반도체의 제작 시 발생하는 환경오염 문제를 근본적으로 해결한 연구 성과”라고 밝혔다.

이어 “간단한 화학적 개질을 통해 다양한 반도체 소재를 물에 분산시킬 수 있는 원천기술을 개발한 것으로 트랜지스터부터 태양전지, 복합회로, 이미지 센서 등 다양한 광전자 소자 제작에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.”라고 연구의 의의를 밝혔다.

한편, 해당 연구는 과기정통부·연구재단 기초연구지원사업(개인연구)의 지원을 받아 수행됐으며 에너지 분야 국제학술지 에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science) 11월 8일자에 표지논문으로 게재됐다.