국내연구팀, 저전력 구동 절연막 개발

↑ 임성갑 교수

유기 전자소자를 낮은 전력에서도 구동시킬 수 있는 절연막 소재가 개발됐다.
19일 한국과학기술원(KAIST)은 이 대학 생명화학공학과 임성갑 교수 연구팀이 유기 전자소자 성능을 최대한 끌어올릴 수 있도록 절연 특성이 높고 저전력으로 구동 가능한 소재 개발에 성공했다고 밝혔다. 이 대학 박관용 박사과정 학생이 제1저자로 참여한 이번 연구 논문은 지난달 26일 재료 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 실렸다.
최근 유기 전자소자가 각광 받는 이유는 4차 산업혁명 핵심 기술인 사물인터넷(IoT) 때문이다. 각종 웨어러블 기기를 만들려면 가벼우면서도 유연한 유기 전자소자가 꼭 필요하다. 하지만 전력 효율이 문제였다. 기존 유기 전자소자에서는 전류가 흐르기 위한 최소한의 전압인 ‘문턱전압’을 낮추기 위해 절연막과 반도체 표면에 극성을 띠는 층을 삽입해 왔다. 다만 이 경우 전하가 이동하는 정도가 떨어져 소자 성능도 함께 줄어드는 단점이 있었다.
임 교수팀은 그같은 문제를 해결하기 위해 ‘개시제를 이용한 화학기상증착법’(iCVD)을 썼다. 기체 상태 반응물을 이용해 화학물질이 기판 위에 얇은 막을 형성하도록 한 것이다. 이러면 균일도가 높고 불순물은 적은 절연막 소재가 나오게 된다. 무엇보다 기체 상에서 공정이 이뤄져 기존 액상 공정에서 불가능했던 다양한 합성도 가능하다.
특히 연구팀은 그같은 공정을 바탕으로 극성이 서로 다른 두 단량체(저분자화합물)를 합성해 고분자 절연막을 만든 뒤 표면에 3㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 두께의 무극성 고분자를 씌웠다. 이 무극성 고분자가 전하 이동 정도를 일정하게 유지시켜 주기 때문에 절연막은 낮은 문턱전압만으로도 독립 조절된다. 임 교수는 “저전력 구동이 가능한 유기 전자소자 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
[서진우 기자]