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디스플레이 기술이 발달하면서 접었다 펼 수 있는 플렉서블 패널을 이용한 전자제품 개발이 활발해지고 있다. 이 플랙서블 패널에는 얇은 막으로 형성된 박막트랜지스터가 내장돼 있다. 박막트랜지스터는 빛을 켜고 끄는 스위치 같은 역할을 하는데, 얼마나 전하의 이동이 빠른지? 작동이 안정적인지? 생산비용을 줄일 수 있는지?가 차세대 디스플레이 발전의 중요 관심거리이다.

최근 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 연구팀은 조밀하고 결함이 없는 박막 형태의 유-무기 하이브리드 유전층에 대한 고효율 가교 전략을 제안했다. 이 연구는 세계적인 권위지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다.

▲ POSTECH 화학공학과 정대성 교수(좌)와 무기 나노입자와 유기 고분자 간 가교에 대한 화학적 설명(우)

IoT 기술의 세계적인 발전으로 대기전력이 낮은 금속산화물반도체 기반 회로, 특히 저가의 용액공정이 가능한 박막트랜지스터(TFT) 소재에 대한 관심이 급증하고 있다. 용액 처리가 가능한 여러 반도체 중에서 금속 산화물은 높은 전하 캐리어 이동도와 작동 안정성 때문에 주로 TFT용으로 가장 성공적인 재료 플랫폼으로 여겨지고 있다.

POSTECH 화학공학과 정대성 교수 연구팀은 무기 입자를 고분자에 공유결합으로 연결해 유기-무기 하이브리드 유전층의 고효율 가교 방법을 제안했다. 연구팀은 아자이드 작용기를 가진 아세틸아세토네이트를 사용해 조밀하고 결함이 없는 박막 형태의 유-무기 하이브리드 트랜지스터를 개발했다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 방법에 따르면, 누설 전류를 감소시켜 저전력으로도 구동이 가능해졌다. 또한, 우수한 물성의 유전체를 손쉬운 공정 방법인 용액공정을 통해 제조할 수 있어 박막트랜지스터의 제조 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 저온 열처리가 가능하므로 유연성이 있는 기판 위에서 제조도 가능하게 됐다.

연구를 주도한 정대성 교수는 “효율적이고 안정적인 박막트랜지스터의 개발로 플렉시블, 웨어러블 디바이스와 같은 차세대 플렉시블 전자소자의 구현이 가능해졌다”며 “신규 산화물 반도체 소재를 이용해 메모리, 디스플레이 등 다양한 산업의 기반 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 차세대지능형반도체기술개발사업, 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.