[베리타스알파=김하연 기자] 반으로 접었다 폈다 반복할 수 있는 폴더블(foldable) 디스플레이나 휘어지는 플렉시블(flexible) 디스플레이에는 가볍고 유연한 유기 트랜지스터가 들어간다. 하지만 유기물은 다른 물질보다 전하 이동도가 낮기 때문에 성능 향상을 위해서 전하 이동도를 높여줘야 한다. 국내 연구팀은 케미컬(화학)도핑이 아니라 절연체 물질의 특성을 이용한 일렉트로니컬(전기) 도핑을 이용해 유기 트랜지스터의 성능을 높이는 방법을 세계 최초로 찾아냈다.
POSTECH(포항공대, 총장 김도연) 화학공학과 노용영 교수·신은솔 박사팀은 유기 트랜지스터에 화학 물질 대신, 절연층 물질 자체 특성을 이용한 자발적 고분자 도핑 방법을 활용해 간단하게 성능을 향상시키는 연구 결과를 발표했다. 이 연구는 화학 분야 최고 권위지인 ACS 응용 재료 및 계면(ACS Applied Materials & Interfaces) 표지논문으로 최근 게재됐다.
앞으로 디스플레이 시장은 접히거나 휘어지는 등의 디자인과 색감을 얼마나 잘 구현해 내느냐가 성공의 열쇠가 될 것이다. 이런 기술의 가장 기본이 되는 것이 유기 트랜지스터인데 잘 구부러지는 특성이 있지만, 전기의 이동도를 높여 성능을 향상시키는 것이 숙제로 남아있다.
유기 트랜지스터를 고성능으로 만들기 위해 연구팀은 트랜지스터 안의 절연체를 사용했다. 절연체는 전기가 통하지 않는 물질로 유기 트랜지스터는 유기물 반도체 위에 절연체 층을 쌓는다. 이 절연체 층에는 불소기가 들어있는데, 불소기가 들어있는 절연체는 쌍극자(Dipole)를 띠게 된다. 불소에는 전자가 많고, 유기물층 탄소에는 상대적으로 전자가 없기 때문에 유기물과 절연체 사이에 쌍극자가 형성되는데 여기에 자발적인 고분자 도핑을 일으킨다. 이 도핑을 통해 ‘양극성 전하 이동’을 ‘단극성 P형’으로 변화시키게 되는데 이런 에너지 레벨 조정으로 전하를 잘 통하게 만들어 결국 유기 트랜지스터의 성능이 높아지게 된다.
이 방법은 불소 함유 유전체를 이용한 유기 고분자 트랜지스터의 도핑 효과에 대한 세계 최초의 연구로, 추가적인 공정 없이 폴더블 디스플레이의 성능을 높일 수 있는 방안이다.
노용영 교수는 “폴더블 디스플레이에 바로 활용할 수 있는 이 기술은 추가 공정이 필요 없기 때문에 산업체에서 비용을 절감하면서 효율을 높일 수 있는 최적의 방안이 될 것”이라며 기대감을 밝혔다.
한편 이 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 글로벌프론티어 사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단’, 전략과제 및 한국기계연구원 위탁과제의 지원으로 수행됐다.
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