UNIST, 최고 전하 이동도 ‘2D 유기 반도체 소재’개발-Sciencetimes

울산 과학 기술원 (UNIST)은 전하 이동도가 향상된 고성능 2 차원 유기 반도체 소재를 개발했다고 25 일 밝혔다.

UNIST에 따르면 에너지 화학 공학과 백종범 교수 연구팀은 방향족 고리 화 반응을 통해 ‘C5N 2 차원 유기 고분자 구조’를 합성하는 데 성공했다.

이 구조를 박막 형태로 만들어 반도체 트랜지스터 장치에 사용하면 전하 이동도가 몇 배 더 빠른 것으로 나타났습니다.

또한 염화수소로 도핑하면 전기 전도도도 크게 증가하여 전도성 물질로 사용할 수 있습니다.

유기 반도체는 유연하고 가벼우 며 가공 비용이 낮고 물성 제어가 용이하다는 장점이있어 무기 실리콘 반도체를 대체 할 소재로 최근 수십 년간 활발히 연구되고있다.

그러나 대부분의 유기 반도체에서는 기대에 미치지 못하는 전하 이동성으로 인해 무기 반도체 소재의 대체가 어려웠다.

전하 이동성은 전자 또는 정공이 물질 내부에서 이동하는 속도입니다.

반도체 장치가 전하 이동도가 낮은 재료로 만들어지면 전기 신호 전송이 느리고 디스플레이에 색 변환 지연과 같은 문제가 나타납니다.

연구팀은 C5와 구조를 얻기 위해 헥사 아미노 벤젠과 피렌-에타 케톤의 두 가지 화학 물질을 반응시켰다.

탄소만으로 육각형 고리를 형성하는 그래 핀과 달리이 구조는 2 차원 구조에 균일 한 기공과 질소 원자가 추가되어 전하 이동성이 우수합니다.

지금까지보고 된 유기 반도체 전하 이동도 중 가장 높은 값이다.

이 구조의 고리 구조는 방향족 고리 화 반응 (반응 생성물이 벤젠 고리와 같은 방향족이되는 화학 반응)을 통해 얻어지며 매우 안정적이고 600 도의 고온을 견딘다.

제 1 저자 인 Javed Mahmood 박사는 “구조의 모든 부분이 고리 모양으로 만들어져있어 화학적 및 열적 안정성이 기존의 2 차원 유기 구조보다 높습니다.

또한 기존 전도성 고분자 사슬 폴리아닐린보다 전기 전도도가 우수하고 염화수소를 도핑하면 전도성이 140 배 이상 향상되어 다목적 전도성 고분자로 사용할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

백 교수는 “이번 연구를 통해 2D 고분자를 유기 반도체 재료로 사용할 때 고질적 인 문제인 낮은 전하 이동도를 극복했다. 향후 유기 반도체 소자 개발에 큰 진전이있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 20 일 국제 학술지 Advanced Materials에 게재됐다.

이번 연구는 과학 기술 정보 통신부 리더 연구원 지원 사업, BK21 플러스 사업, 우수 과학 연구 센터, 영국 브랜드 진흥 사업의 지원을 받아 진행됐다.

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