유기박막트랜지스터 구동안정성 원리 규명도

 한 쪽으로 살짝 구부러진 화면의 스마트폰, 손목에 감을 수 있는 화면을 가진 새로운 스마트기기 등에 활용되는 유기박막트랜지스터는 필수적인 부품임에도 불구하고, 장기간 사용 시 성능이 저하된다는 단점을 가지고 있다. 이러한 불안정한 부품을 안정시킬 수 있는 ‘벽’을 국내 연구팀이 찾아냈다.

 POSTECH 화학공학과 박찬언 특임교수․통합과정 김지예씨, 영남대 나노메디컬유기재료공학과 김세현 교수팀은 플렉서블․웨어러블 디스플레이용 유기박막 트랜지스터의 구동안정성 저하의 발생 원인을 규명하고 보다 안정적인 트랜지스터를 개발하는데 성공했다.

 재료분야 세계적 학술지인 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials) 최신호 표지논문으로 게재된 이 성과는 기존의 유기박막트랜지스터를 장기간 사용했을 때 일어나는 바이어스 스트레스 영향(bias-stress effect)의 메커니즘을 물리화학적으로 규명해 최근 특히 많이 개발되고 있는 플렉서블․웨어러블 디스플레이나 RFID, 스마트 카드 등 여러 기술의 개선을 기대할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

 유기박막트랜지스터는 다른 기술과 달리 저온에서 생산할 수 있으며 가볍고 구부리거나 휘어진다는 특성 때문에 다양한 유기전자기기의 핵심 소자로 주목을 모아왔다. 하지만, 안정성이 낮아 상용화의 필수 조건 중 하나인 장시간 구동에 한계를 가지고 있었다. 더욱이 이에 대한 원인도 정확하게 밝혀지지 않은 상태다.

 연구팀은 전압에 의해 발생하는 고정전하와 안정성의 연관성에 주목, 트랜지스터 내에 있는 반도체와 절연막의 경계에 에너지로 되어 있는 장벽이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 전압을 트랜지스터에 가하면 반도체의 전하가 전압에 의해 이 에너지 장벽을 넘어가면서 구동 전류가 감소해 안정성이 떨어진다는 것이 연구팀의 설명이다.

 연구팀은 이 결과를 바탕으로 절연막의 표면을 바꿔 에너지를 높임으로써, 전하가 에너지로 만들어진 이 장벽을 넘어갈 수 없도록 조절했으며 이를 이용, 오랜 시간 사용해도 안정적인 유기박막트랜지스터를 개발하는데 성공했다.

 한편, 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업․신진연구지원사업의 지원으로 수행됐다.