고분자 재료로 세계 최고 수준 이동도 달성 :: 산업뉴스

일본 미쓰비시 화학 주식회사(이하, "MCC")와 미국 캘리포니아 대학 산타바바라교(미국 캘리포니아주, 이하 "UCSB")는 2001년에 UCSB 내에 미츠비시 화학 첨단재료 연구센터(이하, "MC-CAM", 주1)를 설치하고, 첨단 기능 재료 분야의 획기적인 신소재, 디바이스, 가공·해석 기술 등의 연구 개발을 진행해 왔다. MC-CAM은 이번에 고분자 재료를 사용한 유기 박막 트랜지스터의 연구 개발에서 세계 최고 수준의 전하 이동도를 달성, 그 성과를 Advanced Materials지에 발표하였다.

박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 "TFT")는 주로 액정 디스플레이 등의 화소 스위치로서 사용되어, 현재는 실리콘계 반도체 재료(다결정 실리콘 TFT 및 비결정질 실리콘 TFT)가 널리 사용되고 있다. 그러나, 다결정 실리콘 TFT는 일반적으로 전하 이동도가 높지만, 다결정체이기 때문에 균일성이 부족하여, 제조 설비의 제약에 의해 대면적화가 곤란하다.
한편, 비결정질 실리콘 TFT는 공정 온도가 약 400℃로 다결정 실리콘 TFT보다 낮고, 균일성이 높기 때문에 대면적화가 가능하지만, 전하 이동도가 낮고, 유기 EL을 비롯한 차세대 디스플레이(요구되는 전하 이동도의 기준은 10cm2/Vs)에서의 응용은 아직 미흡한 실정이다. 또한, 다결정 TFT, 비결정 TFT 모두 400~600℃에서 열 처리되어야 하기 때문에, 기판에 폴리머를 사용하는 플렉시블 기기로의 적용이 곤란했다.

한편, 유기 TFT는 유기물의 특징으로서 실리콘계 TFT보다 유연하고, 도포에 의한 저온에서의 제조 공정이 가능하며, 그 때문에 대면적이면서, 유연한 디바이스를 보다 저렴하게 제작 가능할 것으로 기대되고 있지만, 실용화에 있어서는 전하 이동도가 과제가 되고 있었다.
이번에, MC-CAM에서는 Heeger 교수에 의한 디바이스 제작 기술, Bazan 교수에 의한 고분자 재료 설계와 합성 기술 및 Nguyen 교수에 의한 디바이스 해석 기술을 조합하여 공동으로 개량을 거듭함으로써 23.7cm2/Vs라는 세계 최고 수준의 전하 이동도를 달성하여, 유기 TFT의 실용화를 위한 큰 진전을 이루었다.

MCC는 MC-CAM에서 개발된 상기 기술의 실용화를 위해 주식회사 미츠비시 화학과학 기술연구센타에서 MC-CAM과 제휴하면서 연구 개발을 진행시켜 나갈 예정이다.

* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』