고성능 유기반도체 단결정 인쇄기술 개발

고성능 유기반도체 단결정 인쇄 기술의 대표 그림.(자료제공: 포스텍)

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 화학공학과 조길원 교수, 이선백 박사 연구팀이 성균관대학교 나노과학기술학과 강보석 교수와 함께 인쇄전자 소자용 유기반도체 단결정 박막을 코팅하는 대면적 인쇄 공정 기술 개발에 성공했다고 지난달 25일 밝혔다.
마랑고니 효과란 물방울이 마르면서 액체 속 입자들이 바깥쪽으로 집중되어 진한 얼룩을 남기는 현상을 말하는데, 연구팀은 용매에 마랑고니 흐름의 방향을 제어하는 첨가제를 넣어 박막 코팅을 할 때 유기반도체 분자들이 효과적으로 공급되어 자기 조립될 수 있도록 했다. 이때 유기반도체 결정체의 과포화 상태가 지속되어 연속적인 단결정 박막을 제작할 수 있었다.
연구팀이 개발한 인쇄 공정 기술을 이용해 제작한 유기 박막 트랜지스터는 높은 전하 이동도(20cm2V-1s-1 이상)를 가지는 우수한 전기적 성능을 나타냈다. 또한 인쇄 공정 기술과 기판 패터닝 기술을 접목하여 대면적에 균일한 단결정 패턴을 제작할 수 있어 차세대 디스플레이나 유연전자 소자 제작에 유용할 것으로 기대된다.
조길원 교수는 “이번 연구로 기존 프린팅 공정에서는 억제해야 할 요소로 여겨진 마랑고니 흐름을 역이용해, 이를 제어함으로써 높은 균일성과 우수한 전기적 특성을 가진 유기반도체 단결정 박막을 빠른 코팅 속도로 제작할 수 있었다”며 “여기서 더 나아가 롤투롤(Roll to Roll) 공정*1)에 적용할 수 있다는 점에서 높은 산업적 효용을 지니고 있다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업과 우수신진연구사업으로 수행됐다. 연구결과는 재료분야 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스’지 표지논문으로 게재됐다.