한양대 장재영 교수팀, 유기 반도체 분자도핑 제어 기술 개발

한양대 에너지공학과 장재영(왼쪽) 교수, 서의현 박사후연구원. 사진 한양대 *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]허서우 인턴 기자 = 한양대는 에너지공학과 장재영 교수팀이 최근 유기 반도체의 분자 도핑 반응 원리와 이를 제어하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

  해당 기술은 에너지 하베스팅 소자, 유기발광다이오드(OLED), 유기 트랜지스터 등 다양한 전자소자의 성능을 향상하고, 제조공정도 단순화할 수 있어 제작비용 절감이 가능할 것으로 기대된다.

탄소 기반 분자로 구성된 유기반도체는 구부리거나 늘릴 수 있어 OLED를 비롯한 유기 전자소자의 핵심 소재로 연구되고 있다. 유기반도체의 전기적·광학적 특성을 제어하고자 분자 형태 첨가제를 혼합하는 '분자 도핑(molecular doping)' 기술은 과학자들의 많은 관심을 받고 있다. 다양한 첨가제 중 최근 연구가 집중되는 물질은 'tris(pentafluorophenyl) borane(이하 BCF)'이다.

  장 교수팀은 화학적 구조가 비슷하지만, 루이스 염기성이 다른 두 유기반도체를 활용해 BCF 도핑 반응을 분석했고, 이를 열전소자에 적용했다.

그 결과 루이스 산 도핑이 브뢴스테드 산 도핑을 억제, 유기반도체의 평평한 골격을 구부려 결정구조를 무너뜨리는 등 반도체 내 전하이동을 크게 저해하는 것을 확인했다.

연구진은 루이스 산과 브뢴스테드 산 특성으로 인해 나타나는 두 도핑 반응의 결합 세기가 다르다는 점에 착안했다. 섭씨 120도의 온도에서 BCF로 도핑한 유기반도체 필름을 열처리해 브뢴스테드 산의 도핑만 선택적으로 일으킬 수 있는 기술을 제시했다.

  이번 연구 의의는 분자 도핑 제어 기술을 활용해 유기 열전소자 성능을 향상할 뿐 아니라 다른 전자소자에도 확장 적용할 수 있다는 데 있다.


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