국내 연구진이 휘어지는 모니터나 접히는 휴대폰에 사용가능한 유기박막트랜지스터의 구동전압을 획기적으로 낮출 수 있는 절연층 소재 및 형성기술을 개발했다.

27일 미래창조과학부(장관 최문기)에 따르면 이 기술은 기존의 복잡한 장비와 공정을 간소화하고 비용을 크게 낮췄을 뿐만 아니라, 유기박막트랜지스터의 구동전압을 낮추기 위한 물리화학적 컨셉을 정립한 기술이다. 향후 플렉서블/웨어러블 디스플레이(Flexible / Wearable Display), RFID (radio-frequency identification tags), 스마트카드, 각종 화학 및 바이오센서 등 다양한 소자 구현에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 인하대학교 나노시스템공학부 양회창 교수, 영남대학교 나노메디컬유기재료공학과 김세현 교수, 연세대학교 물리학과 임성일 교수팀이 공동으로 진행했으며 미래창조과학부의 글로벌프론티어사업(나노기반 소프트 일렉트로닉스 연구단<단장 조길원>)의 지원으로 수행됐다.

높은 유연성 및 다양한 활용성을 갖고 있는 유기전자소자는 오는 2020년 세계 시장규모가 420억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되고 있다. 차세대 플렉서블 디스플레이 시장에서 중요한 위치를 차지할 것이라는 예상이다.

유기박막트랜지스터의 상용화를 위해서는 단순 용액공정으로 일반 건전지(1.5V)로도 구동시킬 수 있는 저전압 구동 전자소자 구현 기술 확보가 필요하다. 하지만 현재까지 개발된 저전압 구현 기술은 절연층의 정전용량을 증가시키시는데 집중되어 있어서 높은 공정비용이 소요되고, 소자 간 신뢰성 등의 문제로 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 고성능 유기반도체 소재합성에 편중된 최근 유기박막트랜지스터 연구동향과 범유 유기반도체소재를 활용해 절연층 표면 위에서의 자기조립-결정화-박막형성 메커니즘 규명하고 이들의 최적화를 유도할 수 있는 고분자브러쉬 나노박막형성 기술을 개발했다.
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또한, 반도체와 절연층 계면에서 발생되는 전하 트랩을 정량적으로 분석하고 이를 최소화할 수 있는 유기반도체 절연층 계면의 물리·화학적 성질을 최적화할 수 있는 고분자브러쉬 나노박막을 다양한 산화물절연층에 도입하는 기술을 적용했다.

이를 통해 저정전용량 절연층에서도 1.5V이내의 구동을 확보할 수 있는 유기박막트랜지스터 기술을 개발한 것이다.

개발된 고분자브러쉬 나노박막 형성 기술은 간단한 용액공정을 통해 절연층 표면을 개질하여 전하이동 반작용기들을 제거하고, 유기반도체 소재의 자기조립을 전하이동에 최적화되도록 유도해 유기박막트랜지스터의 구동전압을 낮출 수 있었다.

연구팀은 "차세대 전자소자인 유기박막트랜지스터의 반도체/절연층 계면을 최적화할 수 있는 고분자브러쉬 나노박막 형성 기술 및 저전력구동이 가능한 유기-무기하이브리드 절연층을 개발함으로써 차세대 소프트 전자소자의 구동전압을 획기적으로 낮출 수 있는 새로운 가능성을 연 것"이라고 연구 의의를 밝혔다.