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반도체 인쇄 걸림돌 ‘와인의 눈물’ 역이용해 유기반도체 성능 높였다

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반도체 인쇄 걸림돌 ‘와인의 눈물’ 역이용해 유기반도체 성능 높였다

2021.06.24 17:13
왼쪽부터 조길원 포스텍 교수, 이선백 연구원, 강보석 성균관대 교수. 포스텍 제공.
왼쪽부터 조길원 포스텍 교수, 이선백 연구원, 강보석 성균관대 교수. 포스텍 제공.

와인이 담긴 잔을 흔든 뒤 그대로 두면 얇은 막이 만들어져 와인이 눈물처럼 흘러내리는 현상을 ‘와인의 눈물’ 또는 ‘마랑고니 효과’라고 부른다. 물과 알코올처럼 표면장력이 서로 다른 액체가 만날 때 바로 혼합되는 게 아니라 일정 시간이 소요되기 때문에 생기는 현상이다. 유기반도체 인쇄 공정에서 마랑고니 효과는 인쇄 시간을 지연하고 품질을 떨어뜨린다.

 

포스텍은 조길원 화학공학과 교수 연구팀이 강보석 성균관대 나노과학기술학과 교수 연구팀과 공동으로 마랑고니 효과를 역이용해 빠른 속도로 유기반도체 단결정 박막을 코팅하는 대면적 인쇄 공정 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 

 

연구팀은 용매에 마랑고니 효과로 나타나는 흐름의 방향을 제어하는 첨가제를 넣어 박막 코팅을 할 때 유기반도체 분자들이 효과적으로 공급돼 자기조립될 수 있도록 했다. 이를 통해 유기반도체 결정체의 과포화 상태가 지속돼 연속적으로 단결정 박막을 제작하는 데 성공했다. 

 

연구팀이 개발한 인쇄 공정 기술을 이용해 제작한 유기 박막 트랜지스터는 전하 이동도가 높아 전기적 성능도 우수한 것으로 나타났다. 또 인쇄 공정 기술과 기판 패터닝 기술을 접목해 대면적에 균일한 단결정 패턴을 제작할 수 있어 차세대 디스플레이나 유연 전자 소자 제작에 유용할 것으로 기대된다. 

 

조길원 교수는 “이번 연구로 기존 프린팅 공정에서 억제해야 할 요소도 여겨진 마랑고니 흐름을 역이용하고 제어해 균일도가 높고 전기적 특성이 우수한 유기반도체 단결정 박막을 빠른 속도로 코팅, 제작할 수 있었다”고 설명했다. 

 

이번 연구결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 표지논문으로 게재됐다. 

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