건국대 연구팀 "고성능 유기반도체 필름 제작을 위한 최적의 공정조건 따로 있다"

건국대학교는 화학공학부 이위형 교수팀과 물리학과 이훈경 교수팀, 노스웨스턴대 재료공학과 이정훈 박사가 저분자 유기반도체와 폴리머 블렌드 시스템에서 분자 구조에 따른 최적의 용액공정 조건이 존재함을 규명했다고 15일 밝혔다.

사물인터넷(IoT) 시대가 열리면서 웨어러블 기기나 플렉시블 디스플레이 같은 유연한 전자 제품의 수요가 빠르게 증가하고 있다. 이런 전자 소자들은 기존의 딱딱한 기판 대신 유연한 기판 위에서 제작되므로 성능은 유지하면서도 물리적 변형을 견딜 수 있어야 한다. 이를 위해 저온에서 공정이 가능하고 대면적 기판에도 적용할 수 있는 용액 공정 기술의 중요성이 커지고 있다.

이번 연구는 저분자 유기반도체와 폴리머 블렌드 시스템에서 각 유기반도체의 분자 구조에 따라 최적의 공정 조건이 다르게 나타나는 것을 규명한 것이다. 연구팀은 스핀 코팅 시간과 같은 공정 변수를 체계적으로 분석한 결과, 유기반도체가 최적의 스핀 코팅 시간을 통해 가장 높은 결정화도를 달성하고 전기적 성능을 극대화할 수 있다는 사실을 확인했다.

연구팀은 유기반도체의 분자 구조가 용액의 농도, 점도, 결정화도 등 다양한 요소에 어떤 영향을 미치는지 심도 있게 분석했다. 특히 유기반도체가 코팅 후 남아있는 용매와 상호작용하는 방식이 결정화 과정에 결정적인 역할을 한다는 점을 규명했다. 이는 고성능 유기 반도체 필름을 제작하기 위한 최적의 공정 조건을 제시하는 데 중요한 단서를 제공한다.

이훈경 교수팀은 밀도 범함수 이론(DFT) 계산을 통해 분자 간 상호작용을 분석해 유기반도체 필름의 전기적 성능과 분자 구조 사이의 상관관계를 밝혀냈다. 이 연구 결과는 유기 전자소자의 상용화 가능성을 크게 높일 것으로 기대된다.

이번 연구는 고성능 유기박막트랜지스터 제작을 위한 대면적 반도체 박막 형성 전략을 제시함으로써, 유연한 차세대 전자소자의 개발을 앞당기는 중요한 성과로 평가받는다.

이위형 교수는 "이번 연구는 유기반도체 공정 기술에 대한 이해를 한층 높였다"며 "앞으로 유연 전자 기기의 상용화에 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다.

이번 논문은 나노분야 대표 권위지인 '스몰(Small)'에 지난달 30일 게재됐다. 이위형, 이훈경 교수가 공동 교신저자, 건국대 유기나노시스템공학과를 졸업한 이정훈 박사가 제1저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받아 이뤄졌다.