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부드럽고 말랑말랑한 저전력 트랜지스터

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2014년 01월 27일 18:00 프린트하기

  국내 연구진이 옷처럼 몸에 착용할 수 있는 ‘웨어러블 컴퓨터’를 실현시킬 수 있는 기술을 개발했다.

 

  인하대 유기응용재료공학과 양회창 교수와 영남대 나노메디컬유기재료공학과 김세현 교수, 연세대학교 물리학과 임성일 교수 공동연구팀은 일반 건전지 전압인 1.5V(볼트)로도 작동시킬 수 있는 부드럽고 유연한 ‘유기트랜지스터’를 개발했다고 27일 밝혔다.

 

  전자회로의 구성요소인 트랜지스터는 전류의 통로인 ‘전극’과 전류의 흐르는 양을 조절하는 ‘게이트’로 구성됐다. 지금까지 트랜지스터를 만들 때는 주로 실리콘으로 만들었는데, 재질 자체가 유연성이 없어 입는 컴퓨터에 적용하기는 부적합했다.

 

  이 때문에 부드럽고 유연한 탄소 기반의 ‘유기반도체’를 이용한 ‘유기트랜지스터’가 대체재로써 부각됐지만 효율성이 매우 낮았다. 유기트랜지스터는 전극 위에 전류가 통하지 않는 무기물인 ‘절연층’, 그 위에 유기반도체를 올려 만드는데, 유기반도체와 절연층의 성질이 서로 달라 특수한 표면처리를 해야 했기 때문.

 

 

15일자
15일자 '어드밴스드 머터리얼' 표지. 플라스틱 소재의 '고분자'를 '유기트랜지스터' 속 절연체 위에 처리한 결과 전하의 이동이 훨씬 개선됐다.

  연구팀은 ‘고분자 브러쉬’를 도입해 이 같은 한계를 극복했다. 절연층 표면에 유기물인 고분자를 아주 얇은 ‘박막’ 형태로 처리한 것이다. ‘플라스틱’과 비슷한 이 고분자는 절연층과 직접 화학반응을 일으켜 절연층을 유기물과 친한 성질로 바꾸었다.

 

  그 결과 절연층과 유기반도체 사이의 성질이 비슷해져 ‘트랩’이 현저하게 감소했다. 트랩은 반도체의 전하 이동을 절연체가 방해하는 현상을 의미하는데, 고분자 브러쉬 처리로 전하가 트랩 없이 쉽게 이동하게 되면서 아주 적은 전압으로도 구동이 가능한 트랜지스터가 실현된 것이다.

 

  양회창 교수는 “이전까지 절연층 표면처리는 아주 작은 분자를 화학적으로 표면에 일일이 붙여나가는 형태라 경제적이지 못했는데, 이번에 개발한 고분자 브러쉬 방법으로 한 번에 넓은 면적을 처리할 수 있어 효율성이 크게 좋아졌다”며 “부드럽고 휘어지는 미래형 전자소자의 새로운 가능성을 연 것”이라고 자평했다.

 

  이 연구는 재료과학분야의 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼’ 최신호 표지논문으로 게재됐다.


최새미 기자

saemi@donga.com

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