차세대반도체연구회

클로로포름 같은 독성 유기용매 대신 물을 이용해 친환경적으로 유기반도체를 제조하는 기술을 국내 연구진이 처음으로 개발했다.

미래창조과학부는 정대성 중앙대 교수와 김윤희 경상대 교수가 미래부가 지원하는 기초연구사업 및 원천기술개발사업을 통해 이 같은 연구 성과를 냈다고 23일 밝혔다.

유기반도체는 탄소와 탄소 화합물 등 유기체로 만들어진 반도체다. 주로 쓰이는 실리콘 반도체보다 가볍고 유연하며 적은 비용으로 제작할 수 있어 유기발광다이오드(OLED) 같은 디스플레이 기기에 활용되고 있다.

유기반도체로 다이오드 같은 장치를 만들려면 고체 상태인 유기반도체를 녹여서 필름(박막)으로 성형해야 한다. 문제는 이때 유기반도체를 고르게 분산시켜 녹이기 위해 클로로포름, 클로로벤젠 같은 유기용매를 써야 한다는 점이다.

정 교수는 "기존의 유기용매는 근본적으로 내부 부식성과 인체 유해성이 있어 세계적인 환경 규제나 비용을 고려할 때 이를 대신할 친환경 용매가 필요하다"고 말했다.

이에 따라 물 같은 친환경 용매를 활용하려는 연구가 진행돼왔다. 그간의 연구를 통해 비누 같은 계면활성제를 활용하면 그 자체로는 물에 녹지 않는 유기반도체를 물에 녹일 수 있다는 점이 확인됐다.

그러나 이때 활용한 이온성 계면활성제가 반도체 박막을 형성한 뒤에도 일부가 내부에 남아 나노입자 간 전하의 이동을 방해하면서 반도체 구실을 할 수 없다는 점이 문제였다.

 

연구진은 이에 따라 '에틸렌 글리콜'이란 비(非)이온성 계면활성제를 개발했다. 실험 결과 이를 이용하면 유기반도체 박막이 쉽게 형성되면서도 남은 계면활성제가 쉽게 제거돼 전하의 흐름이 유지되는 것이 확인됐다.

정 교수는 "계면활성제는 일종의 비누라고 생각하면 되는데 기존의 이온성 계면활성제는 박막 성형 공정 후에도 그대로 남아 전기적 성능이 나올 수가 없었다"며 "우리는 계면활성제의 화학구조를 정밀하게 제어해 공정 후 에틸알코올로 처리만 하면 남은 계면활성제를 쉽게 제거할 수 있게 했다"고 말했다.

세계 최초로 물을 이용해 고성능 유기반도체를 제조하는 데 성공한 것이다.

이렇게 제조된 유기반도체 박막을 구동한 결과 유기용매로 만든 유기반도체는 물론 실리콘 등의 무기반도체와도 비슷한 수준의 높은 전하 이동도를 나타냈다.

정 교수는 "신기술은 우리나라의 핵심 산업 중 하나인 디스플레이와 각종 이미지 센서 등의 제조에 접목될 수 있어 앞으로 크게 각광받을 것으로 예상한다"고 말했다.

연구 결과물은 현재 특허 출원이 돼 있는 상태이며, 재료 분야의 과학저널인 '어드밴스트 머티리얼즈' 온라인판 19일자에 실렸다.

이 연구논문은 또 이 저널이 한 달에 한 번 선정하는 'VIP 논문'으로도 뽑혔고, 추후 이 저널의 표지논문으로도 게재될 예정이다.

연합뉴스  정성호 기자