그래핀을 닮은 유기반도체 개발.. 전도성 4배 ↑

2024.09.20 (금)

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그래핀을 닮은 유기반도체 개발.. 전도성 4배 ↑

작성자 : 박우이
작성일 : 20-06-24 08:31

조회수 : 56

[아시아경제 황준호 기자] 그래핀과 닮은 새로운 유기 반도체 소재가 개발됐다. 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 김기문 단장이 이끄는 국제 공동연구진은 분자의 자기조립 특성을 활용해 실리콘보다 전기적 특성이 우수한 2차원 전도성 고분자를 합성해 국제 학술지인 켐에 연구 결과가 소개됐다고 23일 밝혔다.

연구팀은 육각형 벌집 모양의 그래핀에서 아이디어를 얻어, 벌집구조를 형성하기 유리한 고분자인 트리페닐렌을 활용해 새로운 소재를 개발했다. 일부 트리페닐렌 분자에는 6개의 하이드록시기(-OH)를 도입하고, 다른 분자에는 아민기(-NH2)를 도입했다. 이후 이들 분자를 용매에 녹인 뒤 가열하며 그래핀처럼 벌집 구조를 가진 2차원 전도성 고분자를 합성했다.

이어 합성 메커니즘도 규명했다. 합성 과정에 쓰인 산성 촉매로 인해 트리페닐렌 고분자는 부분적으로 양전하(+)를 띤다. 이 양전하 간의 정전기적 반발력으로 인해 고분자들은 겹겹이 쌓이지 않고, 용액에 골고루 분산된다. 이로 인해 기존의 한계를 극복하고, 수백 마이크로미터(㎛) 크기의 전도성 고분자 박막을 합성할 수 있었다.

공동 교신저자인 백강균 연구위원은 "골고루 분산, 즉 용해도가 높다는 것은 원하는 형태의 소자 제작에 유리하다는 의미"라며 "합성한 고분자를 이용하면 드롭캐스팅 등 용액 공정을 통해 간단하게 유기소자를 제작할 수 있어 반도체 소자 개발에 필요한 공정비용을 대폭 절감시킬 수 있다"고 설명했다.

이후 연구진은 유기 박막 트랜지스터를 제작해 '유사 그래핀'의 전기적 물성을 평가했다. 소재의 캐리어 이동도는 최대 4㎠/VS로 실리콘보다 4배가량 높았다. 지금까지 개발된 2차원 전도성 고분자 중 가장 우수한 성능이다. 더 나아가, 유사 그래핀 위에 그래핀을 적층한 광(光)검출소자를 구현해 본 결과, 제작된 소자가 자외선에서 적외선에 이르는 넓은 영역의 빛을 검출할 수 있음을 증명했다.

전도성 고분자는 화학적으로 밴드갭(Band Gap)을 비롯한 전기적 물성을 조절할 수 있다. 도체, 반도체, 부도체의 특성을 모두 구현할 수 있다는 의미다.

전도성 고분자로만 이뤄진 유기 전자소자 구현하거나 활용 목적에 맞게 물성을 조절해 '맞춤형 소자' 개발이가능하다. 연구팀은 초고속 반도체, 고효율 태양전지, 롤러블 디스플레이 등 가볍고 유연하면서도 성능이 우수한 소재가 필요한 여러 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대했다.

유기반도체는 실리콘반도체 등 기존의 무기반도체를 대체할 수 있는 차세대 기술이다. 무기반도체의 단점으로 꼽히는 높은 가격, 복잡한 공정, 두께, 유연성 등의 한계를 모두 뛰어넘을 수 있기 때문이다. 특히, 전도성 고분자는 유기반도체 분야를 한층 더 성장시킬 소재로 각광받고 있다.

김기문 단장은 "IBS 연구단 간의 협력과 집단연구 덕분에 오랜 연구의 결실을 맺을 수 있었다"며 "앞으로도 높은 수준의 집단연구가 이뤄진다면 인류의 난제들을 풀어나갈 원동력이 될 것"이라고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr

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D램 현물가 두달이상 하락…반도체 업계 긴장
3분기 고정거래가 하락 전망 늘고 있어
일각에선 "고정가 변동폭 크진 않을 것"

[서울=뉴시스]삼성전자가 EUV(Extreme Ultra Violet, 극자외선) 기반 최첨단 제품 수요 증가에 대응하기 위해 경기도 평택캠퍼스에 파운드리 생산 시설을 구축한다고 21일 밝혔다. 사진은 삼성전자 평택캠퍼스 모습. (사진=삼성전자 제공) 2020.05.21. photo@newsis.com[서울=뉴시스] 최희정 기자 = 메모리 반도체 시장의 주력인 D램 현물가격이 두달 넘게 하락하면서 반도체 업계가 긴장하고 있다. 현물가가 고정가의 선행지표 역할을 했던 만큼 3분기 고정거래가격이 하락할 수 있다는 우려에서다.

다만 일각에서는 현물가가 하락하더라도 고정가 변동폭은 크지 않을 것이란 관측도 나온다.

23일 대만의 시장조사업체 D램익스체인지에 따르면, DDR4 8Gb 현물 가격은 지난 4월 7일 3.60달러였지만 지속적으로 하락해 22일 기준 2.60달러를 기록했다.

대신증권 이수빈 연구원은 "현물가격은 3월10일 이후 하락중"이라며 "북미와 유럽에서의 소매 판매가 부진했기 때문"이라고 분석했다.

현물가 약세가 이어지면서 반도체 업계에서는 올 3분기에 기업 간 거래 가격인 고정가격도 하락할 것이란 전망이 늘고 있다.

지난 4월 전월 대비 11.9%에 달했던 D램 고정가격 상승폭은 지난달 0.61%로 둔화되는 등 증가세가 눈에 띄게 꺾였다.

고정거래가 하락은 국내 반도체 기업들의 실적 악화로 이어질 수 있어 업계는 촉각을 곤두세우고 있다.

D램 현물가 약세가 고정가 하락으로 이어진다면 올 하반기 삼성전자와 SK하이닉스의 실적도 감소할 수 있다.

삼성전자와 SK하이닉스 등 국내 반도체 기업 대다수는 고정가격으로 반도체를 공급한다.

이승우 유진투자증권 연구원은 "최근 일부 데이터센터 재고 증가와 D램 주문 취소 소식이 들린다"며 "코로나19 여파로 하반기 기업 투자가 줄어들 가능성도 있어 하반기 D램 가격은 상반기보다는 약세가 예상된다"고 말했다.

다만 비대면 경제 활성화와 시장의 불확실성 때문에 고정가 변동폭이 적을 것이란 관측도 나온다.

업계 한 관계자는 "하반기 불확실성이 현물가에 반영이 된 것 같다"면서도 "시장이 불확실하다 보니 고정거래가는 픽스될 수 있다"고 했다. 이어 "세계 경기가 둔화되면서 수요 업체들이 투자를 줄일 것인지 여부를 알 수 없다"며 "서버 데이터센터에 투자하는 구글, 페이스북과 같은 대형 업체들이 어떤 식으로 움직일 것인지 주목된다"고 말했다.

노근창 현대차증권 연구원은 "비대면 관련 재택근무 증가에 따른 클라우드 업체들의 추가적인 투자 가능성을 감안할 때 서버 D램 가격은 2017~2019년 급등락하는 시세에 대비해서는 완만할 것"이라며 "D램 고정가격이 하반기 경기와 화웨이 리스크로 3분기 이후부터 하락하더라도 하락 주기는 짧을 전망"이라고 내다봤다.

☞공감언론 뉴시스 dazzling@newsis.com

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