가볍고 잘 휘어지는 '유기 반도체'에 성능↑…UNIST 합성 성공

백종범 교수팀, 전하이동도·점멸비 우수한 2차원 유기 반도체 소재 합성

반도체 활용에 적절한 밴드갭과 높은 전도성 가져…Chem 발표

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = UNIST(울산과학기술원)는 백종범 에너지화학공학과 교수팀이 '방향족 고리화 반응'을 통해 'HP-FAN(에이치피-펜) 2차원 유기 고분자 구조체'를 합성했다고 30일 밝혔다. HP-FAN의 구조 및 소자 응용에 대한 모식도.2022.08.30. (사진=UNIST 제공) *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 가볍고 잘 휘어지는 ‘유기 반도체’를 실제 반도체 소자에 응용할 가능성이 열렸다. ‘실리콘 반도체’에 못 미치던 성능을 보완한 새로운 ‘2차원 유기 반도체 소재’가 합성된 덕분이다.

UNIST(울산과학기술원)는 백종범 에너지화학공학과 교수팀이 '방향족 고리화 반응'을 통해 'HP-FAN(에이치피-펜) 2차원 유기 고분자 구조체'를 합성했다고 30일 밝혔다.

이 물질은 반도체로 활용하기 적절한 ‘밴드갭(Band-gap)과 높은 점멸비(On/off), 전하이동도(Mobility)’를 가지고 있다.

현재 사용 중인 ‘실리콘 반도체(무기 반도체)’는 딱딱하고 무거운 특성이 있다. 이 때문에 ‘돌돌 말리는 디스플레이’나 ‘입는 전자기기’에 적용하는 데는 한계가 있었다.

이를 대체할 반도체 물질로 가볍고 유연하며 단단하고 전기가 잘 통하는 ‘그래핀’이 주목받았지만 제약이 있었다. 밴드갭이 너무 작아 점멸비가 낮고 결국은 반도체 내에서 전류 흐름을 통제하기 어렵다는 점 때문이다.

그래핀의 한계를 뛰어넘을 대안으로 ‘유기 반도체’ 연구가 활발히 진행 중이지만, 역시 한계는 있었다.

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 사진 왼쪽부터 UNIST 백종범 교수, 노혁준 박사, 자비드 마흐무드 박사. 2022.08.30. (사진=UNIST 제공) photo@newsis/com *재판매 및 DB 금지

이번 백종범 교수팀에서 개발한 물질은 밴드갭과 점멸비, 전하이동도까지 모두 만족해 기존의 문제를 풀 대안으로 주목받고 있다.

연구진은 “안정하고 결정성 높은 2차원 구조체를 개발하고, 이 물질의 반도체 특성을 실험과 계산으로 모두 확인했다”며 “실제 반도체 소자로 응용할 때도 훌륭한 성능을 보여 앞으로 물질 개발에 나아갈 방향을 제시하는 연구”라고 설명했다.

이번 연구는 POSTECH 화학공학과 조길원 교수팀과 함께 진행했으며, 논문은 저명 국제학술지인 셀(Cell)의 자매지인 켐(Chem) 8월 30일자로 공개됐다.


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