노용영 교수팀, N-형 유기반도체 성능향상 비밀 규명

차세대 입는 컴퓨터나 플렉서블 디스플레이에 적용된 N-형 유기반도체 성능향상의 비밀이 규명됐다.

동국대 융합에너지신소재공학과 노용영 교수팀은 차세대 입는 컴퓨터나 플렉서블 디스플레이에 적용될 전자회로의 핵심 소재인 용액 공정형 N-형 유기 반도체 물질의 성능을 결정짓는 원인을 규명해 이를 재료분야 세계 최고의 권위지인 “Advanced Functional Materials” 紙(인용지수: 9.7) 에 보고해 학계의 관심을 모으고 있다.

이번 연구에 따라 기존의 딱딱한 평면형태의 디스플레이에서 벗어나 가볍고, 깨지지 않으며, 다양한 디자인으로 변형해 제조가 가능하다. 디스플레이 개발을 위해서는 반드시 높은 성능의 P-형과 N-형 유기반도체 물질을 이용한 플렉서블 전자회로가 필요하게 된다. 본 연구에 사용 되어진 NDI 계열의 물질은 일반적으로 공기중에서 쉽게 성능이 저하되는 기존의 N-형 물질과 다르게, 공기 중에서 장시간동안 높은 성능을 보이는 장점을 가지고 있어서, 상업화를 위한 차세대 물질로 학계에서 많은 관심을 받고 있다.

그러나 높은 성능에 비해, 그 성능 향상의 원인규명에 관한 연구가 부족하여, 이를 이용한 후속 연구에 어려움을 겪어 왔다. 노용영 교수팀이 이번에 학계에 보고한 연구 결과는 N-형 유기반도체의 성능을 결정짓는 원인을 다양한 각도에서 접근하여 규명하였으며, 이 결과를 활용하면 더 높은 성능을 가지는! N-형 유기반도체를 개발 할 수 있을 것으로 기대된다.
유기반도체물질은 웨어러블 전자소자 (wearable electronics) 라는 신개념 제품에 디스플레이로 적용할 경우 엄청난 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 웨어러블 전자소자는 옷이나 시계, 안경, 악세서리 등 인간이 기존에 몸에 착용하고 다녔던 제품에 스마트폰, 컴퓨터 등의 기능을 부여하여 전 제품의 휴대성을 극대화한 제품이다.

이를 위해서는 P-형과 N-형 유기박막트랜지스터를 기반으로 하는 고성능의 유기전자회로를 필요로 한다. 하지만 오랜 연구가 진행되어온 P-형 유기반도체에 비해, N-형 유기반도체는 아직까지 부족한 성능을 보이고 있으며, 그 원인규명에 큰 어려움을 겪고 있었다. 본 연구에서는 N-형 유기반도체 분자들의 구조와 유기 트랜지스터 성능에 관한 체계적인 분석을 하였으며, 이를 토대로 우수한 성능의 N-형 유기 트랜지스터를 개발하였다. 또한 모든 공정을 롤투롤 공정이 가능한 용액공정으로 진행하여, 공정비용도 휠씬 줄일 수 있을 것으로 기대돼 향후 유연전자소자의 가격경쟁력 확보에 크게 기여 할 것으로 기대된다.

노용영 교수는 “이번 연구를 통해 그동안 규명되지 않았던 N-형 고분자의 성능 향상을 위한 물질 디자인에 관한 원천기술을 확보 할 수 있었으며, 향후 플렉서블 디스플레이, 유연전자회로, 웨어러블 전자소자에 적용되는 핵심 유기반도체 소재의 구조와 소자 성능간의 비밀을 밝힌 것이 특징”이라고 밝혔다.