KPI뉴스 - '꿈의 신소재' 그래핀 한계 극복한 '2차원 유기 반도체' 가능성 열렸다

  • 맑음고흥23.7℃
  • 구름많음철원24.6℃
  • 맑음보은23.8℃
  • 구름많음충주25.5℃
  • 맑음동해29.7℃
  • 맑음여수27.4℃
  • 맑음의성23.7℃
  • 맑음대관령22.3℃
  • 맑음남해26.0℃
  • 맑음산청23.6℃
  • 맑음서귀포25.8℃
  • 맑음구미25.8℃
  • 맑음의령군23.7℃
  • 맑음청주27.0℃
  • 맑음추풍령25.0℃
  • 맑음제주27.3℃
  • 박무목포25.8℃
  • 맑음장흥23.2℃
  • 맑음수원26.8℃
  • 맑음해남25.3℃
  • 맑음남원24.2℃
  • 맑음북부산26.9℃
  • 맑음성산24.3℃
  • 맑음천안23.9℃
  • 맑음부여25.8℃
  • 맑음완도26.0℃
  • 맑음광양시25.2℃
  • 맑음세종24.5℃
  • 맑음강진군23.8℃
  • 맑음영광군24.0℃
  • 맑음양산시28.7℃
  • 맑음파주25.3℃
  • 맑음인제24.3℃
  • 맑음서산26.5℃
  • 맑음울진29.1℃
  • 맑음보령25.2℃
  • 맑음창원28.1℃
  • 맑음합천23.6℃
  • 맑음진주23.6℃
  • 맑음순창군23.6℃
  • 맑음거창22.0℃
  • 맑음보성군25.9℃
  • 맑음장수21.3℃
  • 맑음부안24.7℃
  • 맑음임실23.8℃
  • 맑음상주26.7℃
  • 맑음강릉30.3℃
  • 맑음고창군23.6℃
  • 맑음춘천24.1℃
  • 맑음대전25.8℃
  • 맑음북춘천24.0℃
  • 맑음진도군25.3℃
  • 맑음부산28.8℃
  • 맑음속초30.6℃
  • 맑음밀양27.2℃
  • 맑음제천22.2℃
  • 맑음서청주24.6℃
  • 맑음홍천24.3℃
  • 맑음고산26.0℃
  • 맑음북창원29.6℃
  • 맑음정읍23.5℃
  • 구름많음이천25.9℃
  • 맑음청송군23.7℃
  • 맑음북강릉27.1℃
  • 맑음경주시29.0℃
  • 맑음문경24.3℃
  • 맑음금산23.7℃
  • 맑음봉화22.4℃
  • 맑음안동25.7℃
  • 맑음광주26.0℃
  • 맑음울산28.4℃
  • 맑음전주26.1℃
  • 맑음고창24.0℃
  • 맑음태백25.1℃
  • 맑음영덕28.7℃
  • 맑음영천27.4℃
  • 맑음포항29.3℃
  • 맑음인천27.1℃
  • 구름많음서울27.6℃
  • 맑음김해시28.1℃
  • 박무홍성26.3℃
  • 맑음거제25.8℃
  • 안개백령도24.5℃
  • 맑음원주26.4℃
  • 맑음순천25.3℃
  • 구름많음동두천26.2℃
  • 맑음울릉도30.6℃
  • 맑음영월23.2℃
  • 맑음통영26.0℃
  • 맑음군산25.1℃
  • 맑음강화26.2℃
  • 맑음정선군22.8℃
  • 구름많음양평25.3℃
  • 맑음흑산도26.0℃
  • 맑음함양군22.6℃
  • 맑음영주24.5℃
  • 맑음대구28.8℃

'꿈의 신소재' 그래핀 한계 극복한 '2차원 유기 반도체' 가능성 열렸다

최재호 기자 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
기사승인 : 2022-08-30 08:43:24
UNIST 교수팀, 전하이동도·점멸비 우수한 유기 반도체 소재 합성
"반도체 적절한 밴드갭과 높은 전도성 가져"…국제학술지에 공개
가볍고 잘 휘어지는 '유기 반도체'를 실제 반도체 소자에 응용할 가능성이 울산과학기술원 연구팀에 의해 열렸다. 실리콘 같은 '무기 반도체'에 못 미치던 성능을 보완한 새로운 '2차원 유기 반도체 소재'가 합성된 덕분이다.

▲ 'HP-FAN'의 필름 형태 합성 사진 [울산과학기술원 제공]

UNIST(유니스트)는 에너지화학공학과 백종범 교수팀이 '방향족 고리화 반응'을 통해 'HP-FAN(에이치피-펜) 2차원 유기 고분자 구조체'를 합성하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

이 물질은 반도체로 활용하기 적절한 밴드갭(Band-gap)과 높은 점멸비(On/off), 전하이동도(Mobility)를 가지고 있어 실제 반도체 소자로 활용 가능될 것으로 보인다는 게 울산과기원 측 설명이다.

현재 사용 중인 실리콘 반도체(무기 반도체)는 딱딱하고 무거워 '돌돌 말리는 디스플레이'나 '입는 전자기기'에 적용하는 데는 한계가 있다.

이를 대체할 반도체 물질로 가볍고 유연하며 단단하고 전기가 잘 통하는 '그래핀'이 주목받았으나 역시 문제가 있었다. 그래핀의 밴드갭이 너무 작아 점멸비가 낮고 결국은 반도체 내에서 전류 흐름을 통제하기 어렵다는 점이다.

그래핀의 한계를 뛰어넘을 대안으로 '유기 반도체' 연구가 활발히 진행 중이다. 유기 반도체는 그래핀처럼 유연하고 가벼울 뿐 아니라 공정비용이 낮고 물성 조절이 쉬워서다.

하지만 유기 반도체 또한 문제를 지니고 있다. 소재 내부에서 전자(electron)나 정공(hole)이 느리게 움직여 반도체 소자로 적용하기가 어려웠다. 전하이동도가 낮은 소재로 반도체 소자를 만들면 전기적 신호 전달이 더뎌지고 디스플레이 등에서 색상 변환 지연 등의 문제가 나타나기 때문이다.

백종범 교수팀은 유기 반도체의 전하이동도를 높일 새로운 구조체를 고안했다. 두 종류의 화학물질(HAB와 DHBQ)을 반응시켜 HP-FAN 구조체를 얻은 것. 이 구조체는 2차원 방향족 구조에 균일한 기공과 질소(N) 원자가 첨가돼 적절한 밴드갭과 높은 점멸비, 전하이동도를 가진다.
 
연구책임자인 백종범 교수는 "2차원 고분자를 유기 반도체 재료로 사용했을 때의 고질적 문제인 '낮은 전하이동도'와 그래핀 반도체의 치명적 한계점인 '낮은 점멸비'를 모두 극복했다"며 "앞으로 '꿈의 신소재'로 불리는 그래핀을 뛰어넘는 유기 반도체 소자 물질 개발에 큰 진전이 있을 것"이라고 강조했다.

이번 연구는 POSTECH 화학공학과 조길원 교수팀과 함께 진행됐고, 논문은 저명 국제학술지인 셀(Cell)의 자매지인 켐(Chem) 8월 30일자로 공개됐다.

과학기술정보통신부의 리더연구자지원사업(창의연구)과 우수과학연구센터(SRC), U-K Brand 육성사업(UNIST)의 지원으로 연구가 수행됐다.

▲ 왼쪽부터 유니스트 백종범 교수, 노혁준 박사, 자비드 마흐무드 박사 [울산과기원 제공]

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]