충남대학교 유기재료공학과 구자승 교수 연구팀과 건국대 이위형 교수팀, 한국원자력 이준혁 박사가 중성자빔을 이용해 비파괴적인 유연반도체·절연체 계면을 분석하는 데 성공했다.

이번 연구 결과는 기존의 분석 방법들보다 정확한 반도체 계면 정보를 파악할 수 있는 방법론을 제시했다는 점을 인정받아 재료 분야 대표 권위지 'Advanced Functional Materials'(IF: 19.924)에 지난 6일 자 온라인에 소개됐다.

최근 IoT 기술의 발전으로 웨어러블 디스플레이의 중요성이 커지고 있는 가운데 유연 반도체가 플렉시블 디스플레이 구현이 가능한 웨어러블 디스플레이 소재로서 주목받고 있다.

하지만 유연 반도체는 플라스틱처럼 휘어지는 장점과 달리 소자의 낮은 이동도와 계면 안정성으로 인해 필름 형성 특성이 떨어지는 단점이 있다.

이에 연구팀은 유연 반도체 소재 중 용액공정용 저분자 반도체와 절연성 고분자를 블렌드해 사용함으로써 유연 반도체가 갖는 필름 형성 특성 단점을 보완했다.

이렇게 완성된 유연 반도체를 통해 블렌드 된 유연 반도체와 절연성 고분자의 계면 특성을 분석함으로써 소자의 전기적인 특성을 좌우하는 전하의 이동을 파악했다.

연구팀은 이번 분석 연구에서 용매로 상부층을 화학적으로 에칭(Etching)해 계면 특성을 분석하는 기존 화학적 에칭 방법과는 달리 한국원자력연구원 하나로 연구용 원자로의 중성자 반사율 측정장치를 이용해 정확한 반도체-절연체 계면을 분석해 냈다.

연구팀은 중성자 반사율로부터 전하가 이동하는 반도체와 절연체 계면(활성층)을 측정한 결과 각 층의 조성 분포를 확인함은 물론, 계면의 거칠기(roughness)가 5A(10-10m) 정도로 아주 매끄러운 계면을 가지는 것을 발견했고, 이 계면층에서 전하 이동이 극대화되는 것을 확인했다.

구자승 교수는 "이번 연구에서 한국원자력연구원 이준혁 박사와 공동연구로 진행한 중성자 반사율 분석을 통해 소자의 단면 및 계면의 정확한 정보를 얻을 수 있었다"며 "이를 전기적인 성능과 연관 지어 디스플레이, 태양전지, 다양한 바이오·가스 센서 등 전자 소자의 전하 이동 메커니즘 분석과 전자 소자의 성능을 극대화하는 연구에 활용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술 정보통신부 기초연구 사업 (중견연구)과 산업통상자원부 ICT 융합섬유 제조과정 전문 인력양성 사업 지원으로 수행됐다. /대전=이한영기자