한국표준과학연구원(KRISS)은 16일 임경근 나노구조측정센터 선임 연구원이 독일 드레스덴공대 칼 레오 교수 연구팀과 함께 수직 구조의 신개념 유기 트랜지스터를 개발했다고 밝혔다.
유기 트랜지스터는 무기 트랜지스터와 달리 디스플레이·센서·메모리 등을 가볍고 유연하게 만들 수 있을 것으로 기대를 모은다. 광물 기반 무기물보다 저렴하게 대량 생산할 수 있어 폴더블폰이나 웨어러블 컴퓨터 등의 제조 비용을 줄일 수 있는 차세대 반도체 소자로 주목받는다.
다만 상용화까지 넘어야 할 산은 아직 높다. 구동 전압이 크고 반응 시간이 길 뿐만 아니라 전극에 기생하는 정전 용량이 높아 성능이 떨어진다.
연구팀은 기존 문제점을 극복하기 위해 전극과 유기 반도체를 수직으로 쌓아 배열했다. 전자 이동 거리를 짧게 만들면 구동 속도를 빠르게 할 수 있어서다. 핵심은 투과 전극이다. 수직 구조 유기 트랜지스터에서 투과 전극은 샌드위치처럼 포개진 유기 반도체층 사이에 있다.
연구팀은 '아노다이징'(anodizing) 공정을 이용해 기존보다 누설전류를 1만 배 이상 줄인 투과 전극을 제작했다. 아노다이징은 시트르산을 희석한 수용액에 투과 전극을 넣고 전압을 흘려주는 전기화학적 산화 기법이다. 기존보다 전자 흐름을 효과적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라 아노다이징 전압 세기 조절만으로 투과 전극을 안정적으로 제작할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
KRISS 임경근 선임연구원은 "유기 트랜지스터 성능을 향상할 수 있는 핵심 기술"이라며 "아노다이징을 도입한 수직 유기 트랜지스터는 궁극적으로 폴더블폰이나 웨어러블 컴퓨터 등의 제조 비용을 줄이는 선순환을 이끌 것"이라고 말했다. 한국연구재단 지원을 받아 이뤄진 이번 연구 결과는 소재 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)에 실렸다.
