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유연성·내구성 모두 잡은 반도체 소자 나왔다
  • 박설민 기자
  • 기사입력 2022.11.24 16:35

    KAIST, ‘고성능 스트레처블 고분자 반도체’ 개발

    • 강지형 교수팀이 개발한‘고성능 스트레처블 고분자 반도체’원리/ KAIST
      ▲ 강지형 교수팀이 개발한‘고성능 스트레처블 고분자 반도체’원리/ KAIST

      고무처럼 유연하면서도 내구성은 높은 신개념 반도체 소자가 개발됐다. 폴더블폰, 웨어러블 기기, 태양전지 등 다양한 전자기기 실용화에 큰 보탬이 될 것으로 기대된다.

      강지형 KAIST 신소재공학과 교수팀은 신개념 고성능 스트레처블 고분자 반도체 소자 구현에 성공했다고 24일 밝혔다. 문재완 버클리대 연구원, 제난 바오 스탠퍼드 교수팀이 공동으로 진행했다.

      고분자 반도체는 기존의 실리콘 기반의 반도체와는 다르게 탄소를 기반으로 구성돼 있다. 상대적으로 낮은 가격과 대면적 공정이 가능해, 유연 소자, 태양전지, OLED 등의 산업에 응용될 가능성이 높다. 하지만 전기적 성능이 좋은 고분자 반도체는 작은 힘에도 쉽게 망가지는 문제점이 있었다. 내구도를 높이기 위해 분자구조를 변화시키거나 첨가제를 넣는 등의 방법이 거론되곤 있으나, 성능이 저하된다는 문제가 있었다.

      연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 기판과 고분자 반도체 사이의 계면을 개질하는 새로운 방법을 제시했다. 고분자 반도체 박막과 기판 사이의 계면에 새로운 고분자 층을 넣는 방법이다. 이 고분자 층은 반도체 박막과 기판을 강하게 결합시켜줄 뿐만 아니라, 소자에 가해지는 힘을 분산시켜 내구도를 크게 높여줄 수 있다.

      연구팀은 이 새로운 고분자 반도체 소자로 변형 실험을 진행했다. 그 결과 최대 110%까지 변형을 시켰음에도, 균열이 발생하지 않았다. 기존 고분자 반도체 소자가 30%의 변형률만 가해도 바로 균열이 발생하는 것과 대조적인 결과다. 또 기존 방법과 달리 고분자 자체의 성질을 변화시키는 것이 아니기 때문에, 전기적 성질을 잃지 않았다.

      강지형 교수는 "이번 연구는 스트레처블 고분자 반도체 구현을 위한 설계 방향을 새롭게 제시했다는 점에서 의미가 있다ˮ고 하면서, "이번에 개발된 계면 공학법은 급속도로 성장하고 있는 유연소자 시장에 게임 체인저가 될 것으로 기대된다ˮ고 말했다.

      이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 온라인판에 11월 10일 자로 게재됐다.

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