나노선 이용 고성능 트랜지스터 개발

고려대 최동훈 교수팀… 나노 논리회로·태양전지 등 디바이스 소자개발 기여

▲ 최동훈 교수

▲ 백현석 박사

▲ 조민주 박사

국내 연구진이 반도체 고분자로 된 나노선 단결정 한 가닥을 만들고 이를 적용한 유기 트랜지스터를 개발했다.

트랜지스터 동작성능과 직결되는 전하이동도를 크게 높여 앞으로 나노논리회로, 나노 태양전지 등 각종 나노 디바이스 소자개발에 기여할 것으로 기대된다.

고려대 화학과 최동훈 교수 주도로 한국기초과학지원연구원 백현석 박사, 고려대학교 화학과 조민주 박사가 공동 교신저자로 참여한 이번 연구는 어드밴스드 머티리얼즈지(Advanced Materials) 온라인판 6월 19일자에 게재됐다.

기존에 쓰이던 실리콘 대신 고분자를 이용하면 용액공정이 가능해 저온으로 대면적의 트랜지스터를 만들 수 있다.

하지만, 긴 사슬형태의 고분자는 원자단위로 된 실리콘과 달리 배열이 불규칙해 이를 같은 방향으로 배열시키는 것과 트랜지스터 성능을 높이기 위해 고분자를 결정의 방향이 일정한 단결정 형태로 만드는 것도 숙제로 남아 있었다.

▲ 반도체 고분자 나노선 결정의 주사전자현미경 사진 (A, B) 과 원자힘현미경 사진 (C, D)

연구팀은 DPP(분자의 약어로 전자친화도가 높아 전자를 끌어당기는 역할을 하는 물질)를 함유하는 반도체 고분자의 용액 내 자기조립현상을 이용해 나노선 단결정을 제조하고 한 가닥의 나노선 위에 금으로 전극을 만들어 고분자 나노선 트랜지스터를 구현하는 데 성공했다.

이를 트랜지스터에 적용한 결과 같은 고분자를 이용하더라도 나노선 형태의 소자가 필름형태의 박막 트랜지스터 소자보다 전하가 약 10배 정도 빨리 이동하는 것으로 나타났다. 결함이나 불순물이 없고 고분자 사슬이 같은 방향으로 배열된 단결정으로 전하이동 때 장애요인을 최소화했기 때문이라는 설명이다.

최 교수는 “더욱 우수한 반도체 고분자를 이용해 나노선 결정을 만들 경우 더 높은 전하이동도를 구현할 수 있으며, 이는 미래의 전자 및 광전자 나노 디바이스 구현도 가능할 것”이라고 밝혔다.

권은남 기자 silver@