“휘어지는 디스플레이 더 정밀하게”…UNIST·연세대, 차세대 반도체 잉크 개발 작성일 07-02 19 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">기존 광가교제 한계 극복한 신물질 ‘Diazo-6Bx’ 최초 설계 및 합성<br>선폭 오차 4분의 1로 급감…회로 가장자리 또렷하고 안정성 뛰어나<br>용매 제약 없이 p형·n형 연속 패터닝…웨어러블 소자 상용화 청신호</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="9UVOh1Q9vP"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="a5d3a5f01cdb4e1165dd9ab95c77d1522703432dab50d549ee2553455a9aed57" dmcf-pid="2ufIltx2C6" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="연구진이 개발한 광가교제의 구조와 대면적 유기 트랜지스터 논리회로 어레이 공정 모식도. 연구그림=UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/02/seouleconomy/20260702092301954siqg.jpg" data-org-width="789" dmcf-mid="KR5iospXTQ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/02/seouleconomy/20260702092301954siqg.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 연구진이 개발한 광가교제의 구조와 대면적 유기 트랜지스터 논리회로 어레이 공정 모식도. 연구그림=UNIST </figcaption> </figure> <p contents-hash="69bd320839d2b996fdfdc809f1866793adae29b53a893b4614eac3e573b1e46e" dmcf-pid="V74CSFMVh8" dmcf-ptype="general">가볍고 휘어지는 디스플레이나 웨어러블 전자기기에 들어가는 유기 반도체 회로를 기존보다 훨씬 더 미세하고 반듯하게 그려낼 수 있는 획기적인 ‘잉크’ 물질이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 대면적 유연 소자의 생산 공정을 대폭 단순화할 수 있어 차세대 전자기기 상용화를 앞당길 핵심 기술로 주목받고 있다.</p> <p contents-hash="c2ee765d8f3fbae6bcbb139ab2b026541907050f3b5d6703a421733175f38ad9" dmcf-pid="fz8hv3Rfh4" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST) 화학과 김봉수 교수팀은 연세대학교 조정호 교수팀과 공동으로 유기 반도체 고분자와 우수한 섞임성(Miscibility)을 보이면서 고분자 사슬을 효율적으로 연결해주는 새로운 광가교제(Photo-crosslinker) ‘Diazo-6Bx’를 개발했다고 2일 밝혔다.</p> <p contents-hash="88ff65ca3a368ca4dc837ad8b836e4b098ee8f9e2237ce96e0d7626450188da0" dmcf-pid="4q6lT0e4Cf" dmcf-ptype="general">광가교제는 유기 반도체를 용액 형태로 가공할 때 필수적인 물질이다. 이 물질이 포함된 반도체 잉크를 기판에 바르고 회로 모양대로 자외선(UV)을 쬐면, 빛을 받은 부분만 단단하게 굳어 고정된다. 이후 용매로 씻어내면 빛을 받지 않은 부분만 씻겨 나가며 정밀한 회로가 남는 ‘직접 광 패터닝’ 기술에 쓰인다.</p> <p contents-hash="6d6e2cae2f634b943d4a3da64891deda651e059a7b89a59dd29dda300af598fb" dmcf-pid="8BPSypd8hV" dmcf-ptype="general">하지만 기존에 널리 쓰이던 과불화 페닐 아자이드(Perfluorophenyl azide) 기반의 광가교제(6Bx)는 불소(F) 성분이 많아 탄화수소 기반의 유기 반도체와 잘 섞이지 않는 치명적인 단점이 있었다. 이로 인해 가교제가 뭉치며 회로 가장자리가 깎여 나가거나 패턴이 불균일해졌다. 또한, 자외선 반응 후 남겨지는 결합(N-H)이 반도체 내부의 전하 흐름을 방해하는 결함인 ‘트랩(Trap)’으로 작용해 소자 성능을 떨어뜨렸다.</p> <p contents-hash="0f0b3977a208f8da48cd8cf0520d3eeaf3a094bdcf4228f1553ae17c4f972a18" dmcf-pid="6bQvWUJ6S2" dmcf-ptype="general">공동 연구팀은 기존 가교제의 불소 원자를 완전히 제거하고, 반응 작용기를 아자이드 대신 다이아조(Diazo) 에스터기로 변경한 새로운 6개 가지 구조의 광가교제 ‘Diazo-6Bx’를 설계해 이 문제를 해결했다.</p> <p contents-hash="bb7a61c1dbda3d54eba3afb94ee08e70ff280ca202b7fce8f1da496ea4617286" dmcf-pid="Pv1ngOUZl9" dmcf-ptype="general">새로 개발된 물질은 잉크 내에 고르게 분포하며, 자외선을 받으면 반응성이 높은 카벤(Carbene)으로 변환돼 고분자의 탄소-수소(C-H) 결합 사이로 깊숙이 침투해 사슬들을 3차원 그물망 형태로 견고하게 엮어낸다. 전기적으로 문제가 없는 결합만 생성하므로 전하 흐름을 방해하는 트랩 현상도 방지할 수 있다.</p> <p contents-hash="520257c56b94c9106b50cc17267ce0ef1fae0da754698dc020cc7e09c6a71eaf" dmcf-pid="QTtLaIu5yK" dmcf-ptype="general">실제 연구팀이 이 물질을 이용해 직선 회로를 패터닝한 결과는 성공적이었다. 설계 선폭에서 벗어나는 오차가 기존 10.3㎛에서 2.5㎛로 약 4분의 1 수준으로 급감했다. 뭉툭하게 깎여나가던 회로 가장자리의 각도가 67.9도에서 수직에 가까운 87도로 가팔라져 경계가 한층 또렷해졌다.</p> <p contents-hash="2f9be2d385b1173a9acbed956d3ee108b917b6e2617b080a13b473a5821b12b0" dmcf-pid="xyFoNC71Cb" dmcf-ptype="general">소자 안정성 역시 기존 물질을 압도했다. 트랜지스터에 4,000초 동안 일정한 전압을 가하는 가혹 조건에서도 전류 감소폭과 문턱전압 변화가 기존 대비 현저히 작게 나타났다.</p> <p contents-hash="3cce846201cb95664da08ad145505960c40eccb63ad826fae216f7d17dd72113" dmcf-pid="yxgt0fkLyB" dmcf-ptype="general">특히 연구팀은 이 기술을 적용해 서로 다른 용매를 사용해야 하는 번거로움 없이 동일한 용매로 p형 및 n형 고분자 반도체를 연속해서 패턴화하는 데 성공했다. 이를 바탕으로 기판 위에 84개의 트랜지스터로 구성된 유기 박막 트랜지스터(OTFT) 어레이와 상보형 논리 회로(NOT, NAND, NOR 게이트)까지 완벽하게 구현해 냈다.</p> <p contents-hash="ace71ec4e53f6d687dd98c743eb26610877a588b11a375505438f461cef73296" dmcf-pid="WMaFp4EoSq" dmcf-ptype="general">김봉수 UNIST 교수는 “이번에 개발한 광가교제는 유기 반도체 회로를 더 미세하고 균일하게 만들면서도 소자의 작동 안정성까지 극대화할 수 있는 물질”이라며, “같은 용매로 p형과 n형 반도체를 연속 패터닝할 수 있어 용매 선택과 공정 설계의 부담을 크게 줄이고, 대면적 유연 디스플레이와 웨어러블 전자기기 생산 공정을 단순화하는 데 기여할 것”이라고 기대감을 밝혔다.</p> <p contents-hash="3e22c29b4c237cc8092cfc58c467ee09fcd891a09f9068f52650e108ab2299f1" dmcf-pid="YRN3U8Dghz" dmcf-ptype="general">한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부 및 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 세계적 권위의 나노 분야 학술지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 지난달 23일 자로 게재됐다.</p> <p contents-hash="cd661104785ec9fe126e3b1bc66e3b456601e9c30cc828cb29d84cf78affbf65" dmcf-pid="Gej0u6waW7" dmcf-ptype="general">울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 서울경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 아크릴, AI 데이터센터 시장 진출…'GPUBASE' 첫 상용화 공급 07-02 다음 애플, '아이폰18 프로' 독자 통신칩 C2·퀄컴모뎀 교차…국가별 다르다 07-02 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
