서울시립대 김혁 교수 연구진 물로 만들고 물로 사라지는 '친환경 초저전력 반도체' 개발
서울시립대 김혁 교수 연구팀이 천연 소재인 아라비아 검을 반도체 절연층으로 써서 물로 가공하고 저전압에서 구동되는 친환경 유기박막트랜지스터를 개발했다. 아라비아 검 농도를 조절해 30 wt%에서 표면 거칠기 약 1.6 nm, 가시광 투과율 90% 이상인 균일한 박막을 만들었다. 이 절연층은 1 kHz에서 유전율 약 27을 나타내 유전율 약 3인 기존 PMMA 절연체보다 약 9배 높았다. 이를 적용한 소자는 ±3 V의 낮은 전압에서 안정적으로 동작하며 30 wt% 조건에서 평균 8.90 cm2/V/s, 최대 20.72 cm2/V/s의 전하이동도를 기록했다. 비교군인 PMMA 기반 소자는 ±20 V 구동에서 약 0.2 cm2/V/s에 그쳤다. 완성된 소자를 물에 담그면 약 10초부터 절연층이 변화하기 시작해 약 30초 만에 완전히 용해됐다. 연구 결과는 국제학술지 Advanced Functional Materials에 게재됐고 이미리내·장효원·Swarup Biswas 연구원이 공동 제1저자로, 김혁 교수가 교신저자로 참여했다.
확인할 것
유전율이 PMMA 대비 약 9배 높은 27을 기록한 것은 ±3 V의 저전압에서도 높은 전하이동도를 낼 수 있었던 근거로 볼 수 있다. 본문은 이 기술이 일시적 전자소자, 친환경 웨어러블 센서, 일회용 전자기기 등 전자폐기물을 줄여야 하는 분야에 쓰일 수 있다고 언급했다. 소자가 물에서 약 30초 만에 완전히 용해된다는 수치는 제조뿐 아니라 폐기 단계까지 고려한 설계라는 점을 보여준다.
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| 구동전압(아라비아 검 소자) | ±3 V | |
|---|---|---|
| 최적 절연층 농도 | 30 wt% | |
| 표면 거칠기 | 약 1.6 nm | 30 wt% 농도 기준 |
| 가시광 투과율 | 90% 이상 | 30 wt% 박막 기준 |
| 유전율(1 kHz) | 약 27 | PMMA 약 3 대비 약 9배 높음 |
| 평균 전하이동도 | 8.90 cm2/V/s | 30 wt% 최적조건 |
| 최대 전하이동도 | 20.72 cm2/V/s | 30 wt% 최적조건 |
| 물 침지 후 완전 용해 시간 | 약 30초 | 약 10초부터 변화 시작 |
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