[로이슈 전여송 기자] 한국연구재단은 한양대학교 에너지공학과 장재영 교수 연구팀이 용매를 활용해 유기 반도체의 도핑 반응을 제어하는 공정 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

도핑은 반도체에 불순물을 첨가해 전기적 특성을 조절하는 공정이다. 연구팀은 용매의 특성을 이용해 루이스 페어 도펀트의 반응성을 조절하는 방식으로 반도체 성능과 안정성을 동시에 높이는 전략을 제시했다.

루이스 페어 도펀트는 전자쌍을 받아들이는 루이스 산과 전자쌍을 제공하는 루이스 염기가 결합한 화합물로, 반도체에 전하를 공급하는 역할을 한다. 다만 기존에는 반응성이 강해 도핑 수준을 정밀하게 제어하기 어렵고 공정 과정에서 반도체 박막 손상이 발생하는 한계가 있었다.

연구팀은 용매의 극성에 따라 루이스 페어 도펀트 형성 방식이 달라진다는 점에 주목했다. 분석 결과 극성이 높은 용매에서는 루이스 산이 용매와 결합해 활성 도펀트 생성이 억제됐고, 적절한 극성의 용매에서는 결합이 해리되며 도핑 반응성이 최적화되는 것으로 나타났다.

연구팀은 해당 전략을 에틸아세테이트 용매에 적용한 결과 기존 염화철 기반 도핑 방식 대비 전력인자가 2배 이상 향상됐다고 설명했다.

또한 용매 제어를 통해 반도체 내부 분자 배열이 안정적으로 유지되고 전하 이동 경로가 효율적으로 형성된다는 점을 이론 계산과 분광 분석으로 확인했다고 밝혔다.

연구팀은 80도 환경에서도 저항 변화가 기존 대비 100배 이상 억제되는 등 열적 안정성도 확인했다고 설명했다.

장재영 한양대 교수는 “공정 용매와 반응 메커니즘의 상호작용을 통합적으로 설계한 연구”라며 “열전 소자뿐 아니라 유기 트랜지스터와 광전자 소자 등 다양한 차세대 반도체 제조 기술에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제 학술지 Advanced Materials에 온라인 게재됐다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr