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김윤희 교수팀, 물을 활용한 친환경 반도체 제조 신기술 개발

관리자 | 2016.09.27 14:04 | 조회 278

경상대 김윤희 교수팀, 물을 활용한 친환경 반도체 제조 신기술 개발
-차세대 디스플레이 산업 성장에 탄력 붙을 것으로 기대

□ 미래창조과학부(장관 최양희)는 국내 연구진이 유기용매 대신 ‘물’을 이용해 친환경 반도체를 제조할 수 있는 기술을 개발하였다고 밝혔다.

□ 김윤희 교수(경상대)와 정대성 교수(중앙대) 등은 미래창조과학부에서 지원하는 기초연구사업(신진연구자지원)과 원천기술개발사업(글로벌프론티어사업)으로 동 연구를 수행하여 이같은 성과를 이룩했다.
o 해당 연구 결과물은 특허로 출원되었고 재료분야 세계적인 권위지인 『어드밴스드 머티리얼스』(Advanced Materials) 온라인판 8월 19일 자에 게재되었으며, VIP논문으로 선정되었으며 표지논문으로 게재될 예정이다.


▸ 논문명: High charge carrier mobility of 2.5 cm2V-1s-1 from water-borne colloid of polymeric semiconductor via smart surfactant engineering.
▸ 특허명: 비이온 계면활성제를 포함하는 콜로이드 조성물 및 이의 제조 방법
▸ 저자 정보: 정대성(교신저자, 중앙대 교수), 김윤희(공동 교신저자, 경상대 교수), 조장환(제1저자, 중앙대 석사과정)



□ 논문의 주요 내용은 다음과 같다.

1. 연구의 필요성


가. 유기반도체는 유기체(탄소와 탄소 화합물)로 만들어진 반도체로, 현재 주로 쓰이는 실리콘 반도체보다 가볍고 유연하며 적은 비용으로 제작이 가능해 유기발광 다이오드(OLED)* 등 차세대 디스플레이 기기 등에 활용되고 있다.
* 유기발광다이오드(OLED): 발광다이오드(LED)는 반도체 자체로부터 발광되는 빛을 이용하는 영상표시장치인데, 이 때 발광이 되는 반도체 소재가 유기반도체인 다이오드를 의미함

나. 유기반도체로 다이오드와 같은 장치를 구현하려면 고체 형태로 제조된 유기반도체를 녹여서 필름(박막)으로 성형해야 한다. 이 과정에서 유기반도체를 고르게 분산시켜 녹이기 위해 유기용매*를 활용하는데, 이 용매는 근본적으로 내부 부식성과 인체 유해성이 있어 환경규제와 비용을 고려할 때 이를 대신할 친환경 용매가 필요한 상황이다.
* 유기용매: 대부분 탄소를 기본 골격으로 이루어져있고 기름이나 지방을 잘 녹이며 쉽게 증발하는 것이 특징이며, 구성물질의 특성상 높은 수준의 유독성을 지니고 있음

다. 이에 따라 물과 같은 친환경 용매를 활용하기 위한 연구가 이루어졌다. 이를 통해 계면활성제*를 활용하면 반도체를 물에 녹일 수 있음이 밝혀졌으나, 이 때 활용한 이온성 계면활성제는 반도체 박막 형성 후에도 활성제가 일부 내부에 남게 되어 전하 이동을 저해하는 문제가 있었다.
* 계면활성제: 한 분자 안에 ‘물과 친한 친수성기’와 ‘기름과 친한 소수성기’를 가지고 있어서 기름과 물을 잘 섞이게 해주는 물질

2. 개발 원리

가. 연구진은 기존 연구에 활용된 적이 없었던 ‘비이온성 계면활성제’를 새로운 구조로 개발하여 활용할 경우, 기존 이온성 계면활성제의 한계를 극복할 수 있을 것이라 보았다.

나. 연구진은 에틸렌글리콜*을 친수성 영역으로 하고 탄소사슬을 소수성 영역으로 하는 비이온성 계면활성제를 개발하였다. 이 활성제를 활용하여 유기반도체 박막을 제작하자, 박막 형성 후에 활성제가 손쉽게 떨어져 나가 전하의 흐름을 유지시키는 것을 확인했다.
* 에틸렌글리콜(ethylene glycol, C2H5O-): 탄소 2개 당 1개씩 산소(O)가 섞여있는 사슬구조로, 사슬 끝에 알코올기(OHD)가 달려있어 물에 잘 녹는 특성이 있음(친수성)


3. 연구 성과


가. 본 연구를 통해 개발한 비이온성 계면활성제를 사용해 유기반도체를 물에 분산시킴으로써, 물로부터 고성능 유기반도체 박막 제조에 성공했다.

나. 이 유기반도체 박막을 구동한 결과 높은 전하이동도(2.5 cm2/Vs)를 보였고, 이는 기존의 유기용매로 만들어진 유기반도체뿐만 아니라 실리콘 등의 무기 반도체와 비교했을 때에도 유사한 수준이다.

□ 한편, 정대성 교수는 “이번 연구 성과는 세계 최초로 물을 활용한 고성능 반도체 제조 기술을 개발한 것으로, 현재 우리나라의 핵심 개발기술인 디스플레이와 각종 이미지 센서 등의 제조에 친환경 기술로 접목될 수 있어 산업계로부터 크게 각광받을 것으로 예상한다.”라고 밝혔다.


-내용 문의: 김윤희 교수 055-772-1491

-이 보도자료는 미래창조과학부에서 8월 23일 배포한 내용입니다. 보도자료 전문은 첨부파일을 참조하시면 됩니다.

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