충남대 홍기현 교수팀, ‘신개념 발광 스위칭 소자’ 기술 개발
충남대 홍기현 교수팀, ‘신개념 발광 스위칭 소자’ 기술 개발
  • 최종환 기자
  • 승인 2021.02.09 15:12
  • 댓글 2
이 기사를 공유합니다

홍기현 교수(좌), 이선정 석사과정(우)

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.

 

그림 1. 연구팀이 개발한 전기화학적 발광 스위칭 소자의 구조 및 구동 원리. (좌) 젤 전해질이 포함된 발광 트랜지스터 모식도. (우) 인가된 외부전압에 의해 전기적인 스위칭 (우-상)과 전기화학적 빛방출 (우-하) 특성이 동시에 발현 가능한 발광 스위칭 소자를 개발함
그림 1. 연구팀이 개발한 전기화학적 발광 스위칭 소자의 구조 및 구동 원리. (좌) 젤 전해질이 포함된 발광 트랜지스터 모식도. (우) 인가된 외부전압에 의해 전기적인 스위칭 (우-상)과 전기화학적 빛방출 (우-하) 특성이 동시에 발현 가능한 발광 스위칭 소자를 개발함

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.

 

그림 2. (좌) 연구팀이 개발한 발광 스위칭 소자 사진 (실물크기: 3 cm × 3 cm)(우) 외부 직류전압 인가에 의해 빛을 방출하고 있는 소자 사진
그림 2. (좌) 연구팀이 개발한 발광 스위칭 소자 사진 (실물크기: 3 cm × 3 cm)(우) 외부 직류전압 인가에 의해 빛을 방출하고 있는 소자 사진

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)


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 2
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
kingwizard 2021-02-09 16:14:28
멋진연구~ 멋있습니다~ 앞으로가 더 기대되네요^^

Bangguting 2021-02-09 16:12:40
우와! 대단하신데요? 앞으로의 기술개발에 힘써주세요~~!!