전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 전기·전자

속보

더보기

실리콘보다 전도성 4배 높은 반도체 신소재 개발..."맞춤형 소자 기여"

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 김기문 단장

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진이 실리콘보다 전도성이 4배 높은 새로운 반도체 소재를 개발했다. 

기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 김기문 단장이 이끄는 국제공동연구진은 분자의 자기조립 특성을 활용해 실리콘보다 전기적 특성이 우수한 2차원 전도성 고분자를 합성했다고 24일 밝혔다. 다양한 영역에 활용 가능한 맞춤형 소자 개발에 기여할 것으로 기대된다.

자기조립(Self-assembly)은 무질서하게 존재하던 물질들이 일정하게 배치되거나, 제어된 구조체를 형성하는 현상을 말한다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 이차원 전도성 고분자 합성 과정. 연구진은 하이드록시기(왼쪽 위)와 아민기(왼쪽 아래)를 도입한 트리페닐렌 분자의 산화 축합반응을 통해서 그래핀처럼 2차원 벌집 구조를 가지는 전도성 고분자를 합성했다. [제공=IBS] 2020.06.23 swiss2pac@newspim.com

유기반도체는 실리콘반도체 등 기존의 무기반도체를 대체할 수 있는 차세대 기술이다. 무기반도체의 단점으로 꼽히는 높은 가격, 복잡한 공정, 두께, 유연성 등의 한계를 모두 뛰어넘을 수 있기 때문이다. 특히, 전도성 고분자는 유기반도체 분야를 한층 더 성장시킬 소재로 각광받고 있다.

하지만 지금까지 전도성 고분자를 2차원 대면적으로 제조한 사례는 거의 없다. 전도성을 가진 분자는 친화력이 강해 서로 겹겹이 쌓이기 때문이다. 여러 층을 형성한 고분자는 더 이상 성장하지 못하고 용액 속에 가라앉는다.

이 때문에 지금까지 합성된 2차원 전도성 고분자의 크기는 수십 나노미터(nm) 수준에 불과했다. 전자기기로 상용화하기엔 어려운 크기다.

연구진은 육각형 벌집 모양의 그래핀에서 아이디어를 얻어, 벌집구조를 형성하기 유리한 고분자인 트리페닐렌을 활용해 새로운 소재를 개발했다.

우선 일부 트리페닐렌 분자에는 6개의 하이드록시기(-OH)를 도입하고, 다른 분자에는 아민기(-NH2)를 도입했다. 이후 이들 분자를 용매에 녹인 뒤 가열하며 그래핀처럼 벌집 구조를 가진 2차원 전도성 고분자를 합성했다.

이어 합성 메커니즘도 규명했다. 합성 과정에 쓰인 산성 촉매로 인해 트리페닐렌 고분자는 부분적으로 양전하(+)를 띤다. 이 양전하 간의 정전기적 반발력으로 인해 고분자들은 겹겹이 쌓이지 않고, 용액에 골고루 분산된다. 이로 인해 기존의 한계를 극복하고, 수백 마이크로미터(㎛) 크기의 전도성 고분자 박막을 합성할 수 있었다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 김기문 IBS 복잡계 자기조립 연구단장. [사진=IBS] 2020.06.23 swiss2pac@newspim.com

공동 교신저자인 백강균 연구위원은 "골고루 분산, 즉 용해도가 높다는 것은 원하는 형태의 소자 제작에 유리하다는 의미"라며 "합성한 고분자를 이용하면 드롭캐스팅 등 용액 공정을 통해 간단하게 유기소자를 제작할 수 있어 반도체 소자 개발에 필요한 공정비용을 대폭 절감시킬 수 있다"고 설명했다.

이후 연구진은 유기 박막 트랜지스터를 제작해 '유사 그래핀'의 전기적 물성을 평가했다. 소재의 캐리어 이동도는 최대 4㎠/VS로 실리콘보다 4배 가량 높았다.

지금까지 개발된 2차원 전도성 고분자 중 가장 우수한 성능이다. 나아가 유사 그래핀 위에 그래핀을 적층한 광(光)검출소자를 구현해본 결과, 제작된 소자가 자외선에서 적외선에 이르는 넓은 영역의 빛을 검출할 수 있음을 증명했다.

캐리어 이동도는 물질 내에서 전하 입자가 얼마나 잘 이동할 수 있는가를 나타내는 지표다. 수치가 높을수록 저항이 작아 더 적은 전력으로도 높은 성능을 낼 수 있다.

전도성 고분자는 화학적으로 밴드갭(Band Gap)을 비롯한 전기적 물성을 조절할 수 있다. 도체, 반도체, 부도체의 특성을 모두 구현할 수 있다는 의미다.

전도성 고분자로만 이뤄진 유기 전자소자 구현은 물론, 활용 목적에 맞게 물성을 조절해 '맞춤형 소자' 개발도 가능하다. 연구진은 초고속 반도체, 고효율 태양전지, 롤러블 디스플레이 등 가볍고 유연하면서도 성능이 우수한 소재가 필요한 여러 분야에 응용될 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 복잡계 자기조립 연구단 등 3개 IBS 연구단의 공동연구를 통해 나온 성과다. 복잡계 자기조립 연구단은 새로운 2차원 전도성 고분자를 합성하고, 분자활성 촉매반응 연구단은 합성 메커니즘을 이론적으로 밝혀냈다. 이와 함께 원자제어 저차원 전자계 연구단은 합성된 2차원 전도성 고분자의 전기적 특성을 규명했다.

연구결과는 저명 국제학술지 '셀(Cell)'의 자매지인 '켐(Chem, IF 18.205)' 이날자 온라인판에 게재됐다.

swiss2pac@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
'모텔 연쇄 살인' 피의자 신상공개 검토 [서울=뉴스핌] 조준경 기자 = 검찰이 '강북 모텔 연쇄 살인 사건' 피의자인 20대 여성 김모 씨에 대한 신상공개 여부를 검토 중이다. 26일 검찰 따르면 서울북부지검은 김씨 신상 공개 여부를 논의하기 위해 신상정보공개심의위원회 개최를 검토하고 있다. [서울=뉴스핌] 최상수 기자 = 서울북부지검 검찰은 2024년 1월 시행된 중대범죄신상공개법에 따라 강력범죄 등 특정중대범죄 혐의가 있는 피의자를 신상정보공개심의위원회에 회부해 신상 공개 여부를 결정할 수 있다. 피해자 유족도 김씨 신상 정보 공개를 요구하고 있다. 김씨 범행으로 숨진 두 번째 피해자 A씨 유족 법률대리인인 남언호 변호사는 이날 보도자료를 통해 "(김씨 범행은) 우리 사회가 경험한 가장 냉혹하고 계획적인 연쇄 범죄 중 하나"라며 "그럼에도 경찰이 신상 공개를 하지 않겠다는 내부 방침을 정한 사실을 납득할 수 없다"고 강조했다.  이에 앞서 서울 강북경찰서는 지난 19일 오전 살인과 마약류 관리법 위반 혐의로 김씨를 서울북부지검에 구속 송치했다. 김씨는 지난해 12월 중순부터 이달 9일까지 20대 남성 3명에게 벤조디아제핀계 약물이 든 음료를 건네 2명을 숨지게 하고 1명이 의식을 잃게 한 혐의를 받는다. 김씨는 경찰 조사에서 병원에서 처방받은 약물을 숙취해소제에 타서 들고 다녔다고 진술했다. 또 남성들에게는 모텔 등에서 의견이 충돌해 이를 건넸다고 주장했다. 그러나 경찰은 김씨가 첫 범행 이후 약물 양을 늘렸다고 진술한 점, 휴대전화 포렌식 자료 등을 볼 때 사망 가능성을 충분히 인지했던 것으로 판단하고 상해치사가 아닌 살인죄를 적용해 검찰에 송치했다. 다만 경찰은 이번 사건이 신상공개 요건을 충족하지 않는다고 판단해 김씨 신상을 비공개했다.  한편 경찰은 지난달 24일 김씨가 다른 남성에게 약물이 든 음료를 건네 의식을 잃게 한 정황을 추가로 확인하고 조사하고 있다. calebcao@newspim.com 2026-02-26 17:38
사진
이부진, 아들 서울대 입학식 참석 [서울=뉴스핌] 남라다 기자 = 이부진 호텔신라 사장이 26일 서울 관악구 서울대학교에서 열린 2026학년도 입학식에 참석해 아들 임동현군의 입학을 축하했다. 이 사장은 이날 모친인 홍라희 리움미술관 명예관장과 함께 서울대를 찾아 임군의 입학을 기념해 사진을 찍기도 했다.  [서울=뉴스핌] 김현우 기자 = 이부진 호텔신라 사장(사진 왼쪽)과 홍라희 리움미술관 명예관장이 26일 서울 관악구 서울대학교 2026학년도 입학식에 참석해 아들 임동현군의 입학을 축하하고 있다.  khwphoto@newspim.com 임군은 최근 서울 휘문고등학교를 졸업하고 2026학년도 수시모집 전형으로 서울대 경제학부에 합격했다. 고교 시절 내신 성적이 상위권이었으며 대학수학능력시험에서도 한 문제만 틀린 것으로 알려졌다. 서울대 26학번이 된 임군은 외삼촌인 이재용 삼성전자 회장(서울대 동양사학과 87학번)의 후배가 됐다. 이날 입학식 현장에서 이 사장의 패션도 눈길을 끌었다. 이 사장은 크림색 계열의 디올 재킷에 에르메스 버킨백을 매치한 차분한 차림으로 참석했다. 단정한 헤어스타일과 절제된 스타일링으로 재계 인사다운 단아한 이미지를 보였다는 평가가 나왔다. [서울=뉴스핌] 김현우 기자 = 이부진 호텔신라 사장(사진 왼쪽)과 홍라희 리움미술관 명예관장이 26일 서울 관악구 서울대학교 2026학년도 입학식에 참석해 아들 임동현 군의 입학을 축하하고 있다. khwphoto@newspim.com nrd@newspim.com 2026-02-26 16:27
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동