간단한 공정 비휘발성 유기분자 메모리 소자개발

[산업일보]
국내 연구진이 환원 산화그래핀을 이용해 휘어지면서도 전압의 변화에 따라 스위칭 기능을 지닌 비휘발성 유기분자 전자소자를 개발했다. 용액을 분무하는 비교적 간단한 액상공정으로 제조해 향후 유기 전자소자의 제조효율을 높이는데 기여할 것으로 기대된다.

성균관대학교 화학과 이효영 교수, 서소현 연구교수(공동 교신저자)와 민미숙 박사과정 연구원(제1저자)이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행됐고, 어드밴스드 머티리얼즈지(Advanced Materials) 10월 17일자 온라인판에 게재됐다.

기존 실리콘 소자의 집적도 한계를 극복하기 위해 다양한 기능을 갖는 유기분자를 이용해 나노크기의 유기 전자소자로 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

하지만 나노크기의 작은 유기분자에 전극을 부착하는데 한계가 있어 유기 전자소자의 제조수율이 매우 낮다는 것이 단점이었다.

이 교수 연구팀은 환원 산화그래핀 용액을 분무하는 방식으로 상하부 전극을 환원 산화그래핀으로 만든 분자메모리 소자를 개발했다.

기존 증착방식을 이용한 금속전극의 경우 수득률이 약 5%에 불과한 것에 비해 환원 산화그래핀을 이용해 용액공정에서 진행하는 경우 수득률을 60%까지 올릴 수 있다고 연구팀은 설명했다.

핵심은 금속이나 그래핀과 달리 물 또는 유기용매에 분산이 잘 되는 환원 산화그래핀을 전극으로 이용한 데 있다.

분산된 용액을 분무하는 방식으로 원하는 크기와 두께의 박막을 비교적 쉽게 만들 수 있기 때문이다.

또한 환원 산화그래핀을 사용함으로써 상부전극과 분자층간 접촉면의 전도성을 높이는 한편, 상부전극 물질의 분자층 침투로 인한 전기적 문제도 해결했다.

한편, 연구팀은 빛 뿐만 아니라 전압에도 반응해 분자구조가 변하는 유기화합물을 이용해 빛에 의해서만 분자구조가 변화는 화합물을 사용한 경우보다 스위칭 기능도 10배 이상 높였다.

이때 환원 산화그래핀이 분자막의 휘어짐을 붙잡아줘 반복적 스위칭에도 물리적 안정성을 유지한다고 밝혔다.

이 교수는 “액상공정으로 제작 가능한 환원 산화그래핀과 화학적 결합이 가능한 유기분자 소자는 기존 실리콘과 금속전극 소자공정에 비해 공정이 쉽고 수율이 높아 휘어지는 태양전지나 터치스크린 등 유기반도체 소자시장 개척에 기여할 것”이라고 말했다.