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
李대통령, 하정우·전은수 사직 재가 [서울=뉴스핌] 김미경 박찬제 기자 = 이재명 대통령이 28일 6·3 국회의원 보궐선거에 출마하는 청와대 하정우 AI미래기획수석과 전은수 대변인 사직안을 재가했다. 강유정 청와대 수석대변인은 이날 오후 "이 대통령이 하 수석에게 '어려운 결정 존중한다'며 흔쾌히 (사직을) 수락했다"고 밝혔다. 이 대통령은 "어디에서 어떤 일을 하든지 국가와 국민을 위해 역할을 하기 바란다"고 응원했다. 하정우(왼쪽) 청와대 AI미래기획수석과 전은수 대변인이 6·3 재보궐 선거에 출마하기 위해 사직서를 제출했고 이재명 대통령이 28일 오후 재가했다. [사진=뉴스핌 DB] 하 수석은 6·3 지방선거 부산시장에 출마한 전재수 더불어민주당 의원 지역구인 부산 북갑 보궐선거에 전략 공천을 받을 예정이다.   전 대변인은 강훈식 대통령 비서실장이 청와대로 들어오면서 공석이 된 충남 아산을 지역구에 전략 공천으로 출마할 예정이다.   하 수석은 이날 청와대 춘추관에서 기자들과 만나 "국익과 국민에 가장 도움이 되는 방향으로 결정한 것"이라고 출마 결심 이유를 밝혔다. 하 수석은 "처음 (청와대) 들어오면서 아이들에게 기회가 있는 나라를 만들고 싶다고 했는데 방향성을 바꾼 적은 없다"며 "어디서 무슨 일을 하든 '인공지능(AI) 3강'을 만드는 데 가장 중요한 일을 할 수 있을 것"이라고 강조했다. 하 수석은 "한국을 미래 성장의 기회가 있는 나라로 만들려면 지금 시점에서 가장 중요하고 긴급한 곳이 어디인가에 제 역량을 집중하고자 한다"며 "이 부분을 이 대통령도 인정하고 동의하고 흔쾌히 '큰 결단했다'고 말씀했다"고 전했다.  하 수석은 "앞으로도 계속 AI와 지방주도 성장에 많은 관심 부탁드린다"고 말했다. 전 대변인은 "이 대통령 곁에서 함께 국정을 해왔는데 이제는 (국회라는) 최전선에서 소통하고 국민께 왜곡되지 않도록 잘 알리겠다"며 "국민을 위한 정치를 하겠다"고 출마 의지를 밝혔다.  the13ook@newspim.com 2026-04-28 18:14
사진
32개 의대 정원 변경없이 확정 [서울=뉴스핌] 황혜영 기자 = 지역의사제 도입을 앞두고 증원된 비수도권 32개 의과대학의 학생 정원이 최종 확정됐다. 교육부는 28일 서울을 제외한 전국 32개 대학에 대한 '2027~2031학년도 의과대학 학생 정원'이 의견 제출과 이의신청 등 절차를 모두 마치고 확정됐다고 밝혔다. [서울=뉴스핌] 양윤모 기자 = 고려대 의대가 복학 의사를 밝힌 의대생들에 한해 31일 오전까지 등록을 연장해주기로 한것으로 알려진 가운데, 28일 성북구 안암동 고려대학교 의과대학 학생들이 이동하고 있다. 2025.03.28 yym58@newspim.com 일부 대학이 정원 배정안 사전통지에 의견을 내고 정원 통지에 이의를 제기했지만 배정위원회 검토 결과 모두 받아들여지지 않았다. 정원 확정에 따라 32개 대학은 다음 달 안에 학칙을 고치고 2027학년도 대학입학전형 시행계획을 변경하는 등 후속 절차에 들어간다. 앞서 보건복지부는 내년부터 지역의사제를 도입하면서 2027~2031학년도 의대 정원 증원을 결정했고 늘어나는 정원 전원을 지역의사 선발에 쓰기로 했다. 이에 따라 32개 의대는 2027학년도 490명, 2028~2031학년도에는 매년 613명을 지역의사전형으로 선발하게 된다. 대학별로는 강원대와 충북대 의대의 증원 규모가 가장 크다. 두 대학은 2027학년도에 각각 39명을 늘려 총정원이 88명이 되고 2028~2031학년도에는 매년 49명씩 증원해 이 기간 정원이 98명까지 늘어난다. 교육부는 6월까지 각 대학으로부터 배정 정원에 맞춘 교육 여건 개선 등 이행계획을 제출받아 컨설팅을 실시하고 필요할 경우 계획 보완을 요구할 방침이다. 이후 매년 이행 상황을 점검해 미흡한 대학에는 재정지원사업과 연계한 불이익을 부과하는 방식으로 교육 여건 개선에 대한 대학의 책무성을 확보할 예정이다. hyeng0@newspim.com 2026-04-28 21:52
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