충남대학교 홍기현 교수 등 국내 연구진이 젤 형태의 전해질 소재를 활용해 ‘신개념 발광 스위칭 소자’ 기술을 개발했다.
충남대 신소재공학과 홍기현 교수, 이선정 석사과정생, 인하대 화학공학과 이근형 교수 연구팀은 이온 전달이 가능한 전해질에 발광 염료를 첨가해 고품질의 유연한 젤 (Gel) 형태의 전해질 소재를 합성했고, 이를 박막형 트랜지스터에 적용해 우수한 전기적 스위칭 성능과 안정적인 빛 방출 특성이 동시 발현 가능한 전기화학적 다기능 광전소자를 최초로 구현했다.
발광형 트랜지스터 (Light-emitting transistor, LET)는 외부 전압 인가에 의해 전기적인 스위칭뿐만 아니라 빛방출이 가능한 다기능성 광전소자로 디스플레이의 집적도를 높일 수 있다는 점에서 주목받아 왔다. 하지만 상대적으로 낮은 전하 이동도와 불균일한 발광 특성으로 인해 상용화의 어려움을 겪고 있었다.
이에 연구팀은 유연한 젤 형태의 전해질 소재를 활용해 이런 한계를 돌파했다. 기존의 무기질 게이트 절연막 대신 전기화학적 발광원리 (electrochemiluminescent, ECL)에 의해 빛방출이 가능한 젤 전해질을 트랜지스터에 적용했다. 그 결과 기존 발광형 트랜지스터보다 2-10배 이상 개선된 전하 이동도를 가지며 채널 영역에서 균일하고 안정된 빛방출 특성을 보이는 신개념 발광 스위칭 소자를 구현할 수 있었다. 또한, 기존의 발광 트랜지스터 소자 제작보다 훨씬 간단한 공정으로 용액공정만을 이용해 200도 미만에서 고성능 소자 제작 가능성을 확인했다.
홍기현 교수는 “이번 연구 결과는 기존의 발광형 트랜지스터의 한계 극복과 반도체·디스플레이 분야에 전기화학적 원리 적용 가능성을 직접 확인했다는 데 의미가 있다”며, “전기화학적 원리에 기반을 둔 최초의 발광 트랜지스터 원천기술 확보를 통해 향후 유연 디스플레이 소자뿐만 아니라 웨어러블 기기, 스마트 센서 등 다양한 광전기기에 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 재료 분야 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Materials’에 표지논문으로 게재됐다. (논문제목: Electrochemiluminescent Transistors: A New Strategy toward Light‐Emitting Switching Devices)