[대학저널 오혜민 기자] 연세대학교(총장 서승환)는 조정호 화공생명공학과 교수 연구팀이 우한영 고려대 화학과 교수 연구팀과 공동연구를 통해 플렉시블 스마트기기의 핵심소자인 완전히 접을 수 있는 트랜지스터를 개발했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 이번 연구에서 전도성 고분자를 기반으로 선택적 도핑법과 가교제를 이용해 동종접합 플렉시블 트랜지스터를 세계 최초로 개발했다. 이번 개발은 궁극적으로는 휘어지고 접을 수 있고 형태가 자유롭게 변하는 디스플레이와 센서, 반도체소자와 같은 차세대 플렉시블 스마트기기의 개발 가능성을 제시했다.

최근 폴더블 스마트폰과 같은 휘거나 접는 스마트기기의 수요가 증가함에 따라 플렉시블 전자소자의 필요성이 대두되고 있다. 플렉시블 스마트기기는 매우 높은 기계적 안정성을 요구하기 때문에 극한의 기계적 안정성을 견딜 수 있는 전자재료의 개발이 중요하다. 기존 금속전극은 우수한 전도성을 가지지만 깨지기 쉬운 특성으로 인해 접거나 휘어질 수 있는 플렉시블 스마트기기에 적용이 어렵다.

따라서 세계 각국의 연구진은 기계적 유연성을 갖는 전도성 고분자를 반도체와 전극물질로 사용해 플렉시블 스마트기기에 적용하기 위한 연구를 진행했다. 하지만 대부분 플렉시블 스마트기기에서 요구되는 기계적 안정성을 달성하는데는 실패했다. 전자소자를 구성하는 전극과 반도체, 절연체 등 전자재료 층 간 이종접합으로 인해 극한의 물리적 변형이 가해질 경우, 계면 간 박리가 발생하기 때문이다.

공동연구팀은 고분자 박막 트랜지스터의 기계적 안정성을 개선하기 위해 가교제와 선택적 도핑기술을 도입했다. 우선 가교제를 통한 전자재료의 가교 방법은 각 전자재료 층간의 계면 접착력을 향상시켜 이종접합에서 발생하는 낮은 계면 접착력을 개선할 뿐 아니라 트랜지스터 제작공정에서 발생하는 열에 의한 손상 또는 화학적 손상을 방지한다.

또한 선택적 도핑법을 도입해 계면 간 박리가 발생하는 전극-반도체 간 이종접합을 제거하고 동종접합 계면을 형성했으며, 이를 통해 고분자 트랜지스터의 기계적 안정성을 향상시켰다. 이번 연구를 통해 제작한 트랜지스터는 우수한 기계적 안정성을 가지고 있어 극한의 곡률반경에서도 전기적 특성이 유지됐다.

조 교수는 “이번 연구는 플렉시블 반도체소자 제작의 핵심 이슈인 이종접합 계면 박리와 손상문제를 해결한 연구로, 플렉시블 스마트기기용 반도체소자 제작에 있어 단순한 플렉시블 반도체소자가 아닌 완전히 접을 수 있는 반도체소자 제작기술을 제시한 것”이라고 전했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 기초연구실사업, 대학중점연구소지원사업, 미래소재디스커버리사업 및 연세대가 교내 공동연구 진흥을 위해 신규 도입한 연세 시그니처 연구클러스터사업의 지원으로 이뤄졌다. 연구 결과는 세계적 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 8월 18일자에 게재됐다.

[ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]