한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 스티브 박 교수 연구팀이 유기반도체 결정 크기를 성장·제어할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
유기반도체는 유연한 전자 소자 제작에 활용할 수 있고, 대면적으로 만들 수 있어 학계에서 활발한 연구를 진행 중이다. 유기반도체 성능은 결정성, 결정 성장 방향, 결정 크기 등의 영향을 받는다. 유기반도체의 결정성이나 경정방향을 제어하기 위한 연구는 많이 진행됐지만, 결정 크기를 성장시키는 기술은 아직 부족한 상태다.
최근 유기반도체의 균일한 박막을 만들기 위해 잉크젯 프린팅, 딥 코딩, 용액전단법이 대표적으로 쓰인다. 하지만 기존 프린팅 공정은 용액의 흐름을 적절히 통제하지 못한 상태에서 용매 증발이 무작위로 발생해 결정 크기가 큰 유기반도체 제작에 어려움이 있다. 연구팀은 무기 고분자 재료를 이용해 마이크로미터 크기 수준 구조물을 만들고, 용액 전단법이라는 공정과 결합했다. 무기 고분자 재료는 유연한 데다 유기용매에 대한 내성이 있다. 기존 실리콘 재료 기반 전단판 제조 공정을 간단한 공정(소프트 리소그래피)으로 대체할 수 있다.
연구팀은 일렬 형태로 배열된 사각형 모양 마이크로미터 크기 구조물을 이용해 용액이 균일한 굴곡을 가지면서도 기판에 잘 맺히도록 조절했다. 이를 통해 용매 증발 속도를 조절해 핵 생성이 일어나는 지점을 정밀하게 통제했다. 결과적으로 마이크로 구조물 크기를 변화시켜 유기반도체 결정을 10배 정도 키우는 한편 반도체 소자 성능을 함께 향상할 수 있었다고 연구팀은 설명했다.
연구는 한국산업기술평가관리원 센서산업고도화 전문기술개발사업 등의 지원을 받아 수행했다.
조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr