한쪽으로 살짝 구부러진 화면의 스마트폰, 손목에 감을 수 있는 화면을 가진 새로운 스마트기기 등에 활용되는 유기박막트랜지스터는 다른 기술과 달리 저온에서 생산할 수 있으며, 가볍고 구부러지거나 휘어진다는 특성 때문에 유기전자기기의 핵심 소자로 주목을 모아왔다. 하지만 안정성이 낮아 상용화의 필수 조건 중 하나인 장시간 구동에 한계를 가지고 있었다.
우리대학 박찬언(화공) 특임교수ㆍ김지예(통합과정) 씨와 영남대 김세현(나노메디컬유기재료공학과) 교수 공동 연구팀은 플렉서블ㆍ웨어러블 디스플레이용 유기박막 트랜지스터의 구동안정성 저하의 발생 원인을 규명하고, 보다 안정적인 트랜지스터를 개발하는 데 성공했다.
재료분야 세계적 학술지 <Advanced Materials> 표지논문으로 게재된 이번 연구는 기존의 유기박막트랜지스터를 장기간 사용했을 때 일어나는 바이어스 스트레스 영향(bias-stress effect)의 매커니즘을 물리화학적으로 규명해 최근 주목받는 플렉서블ㆍ웨어러블 디스플레이나 RFID, 스마트 카드 등 여러 기술을 개선할 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 전압에 의해 발생하는 고정전하와 안정성의 연관성에 주목해 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 에너지 장벽을 넘어갈 수 없도록 조절해 오랜 시간 사용해도 안정적인 유기박막트랜지스터를 개발하는 데 성공했다.
한편, 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업ㆍ신진연구지원사업의 지원으로 수행됐다.