화학과 브라이트 워커(Bright Walker) 교수 연구팀은 폴리비닐 카바졸 (poly(9-vinylcarbazole)) 기반 고분자-금속 이온 하이브리드 전해질을 활용해 발광 트랜지스터의 메커니즘을 규명했다. 사진은 전기화학 발광 트랜지스터의 발광 메커니즘과(a-d), ＜Advanced Materials Technologies＞학술지의 2024년 volume 9, issue 20의 표지 이미지

화학과 브라이트 워커(Bright Walker) 교수 연구팀, 전기화학 도핑을 통해 발광하는 트랜지스터 개발
국제 학술지 ＜Advanced Materials Technologies＞ 표지 논문 선정

화학과 브라이트 워커(Bright Walker) 교수

화학과 브라이트 워커(Bright Walker) 교수 연구팀은 폴리비닐 카바졸 (poly(9-vinylcarbazole)) 기반 고분자-금속 이온 하이브리드 전해질을 개발하고, 이를 전기화학 도핑하는 방법으로 발광이 가능한 트랜지스터를 개발했다. 연구팀은 금속 이온이 도핑된 고분자 전해질을 새롭게 합성했고 산화물 반도체를 기반으로 하는 전기화학 발광 트랜지스터를 성공적으로 제작해 발광 메커니즘을 규명했다. 이번 연구는 서울시립대 물리학과 및 지능형반도체학과의 서정화 교수 연구팀과 성균관대 신소재공학과 김한기 교수팀과 협력해 이루어졌다.

해당 연구 결과는 세계적 권위를 가진 국제 학술지인 ＜Advanced Materials Technologies＞에 “Ambipolar Charge Injection and Bright Light Emission in Hybrid Oxide/Polymer Transistors Doped with Poly(9-Vinylcarbazole) Based Polyelectrolytes”라는 제목의 논문으로 게재됐고, 10월 21일 표지 논문으로 선정됐다.

폴리비닐 카바졸 기반 고분자-금 이온 소재로 발광 트랜지스터의 효율 개선
발광 트랜지스터는 스위칭·증폭 기능을 수행함과 동시에 채널 영역에서 발광하는 다기능 소자이다. 이는 디스플레이 소자뿐만 아니라 전기적으로 구동하는 레이저, 광통신 소자 등 다양한 분야에서 응용 가능하다. 그러나 기존에 보고된 단극형 발광 트랜지스터는 구조상 반대 전하 주입이 원활하지 않아 발광 효율이 낮은 점이 문제였다. 즉, 고효율 발광 트랜지스터를 위해서는 발광층으로의 균형 있는 전자-정공 주입이 매우 중요한 과제였다.

이를 해결하기 위해 브라이트 워커 교수 연구팀은 새롭게 합성된 폴리비닐 카바졸(poly(9-vinylcarbazole)) 고분자–금 이온 소재(PVK-Li, PVK-Cu)를 발광 트랜지스터의 발광층 소재에 극소량 첨가하는 간단한 공정을 통해 발광 효율을 획기적으로 향상시켰다. 이 과정에서 소자에 적절한 전압이 인가되면 발광층 내부에서 생성된 전기장에 의해 전해질 속에 포함된 금속 이온이 이동하면서 전자 및 정공 주입이 원활해지는 메커니즘을 성공적으로 증명했다.

브라이트 워커 교수는 “이번 연구 결과가 향후 발광 트랜지스터의 효율적이고 안정적 작동 가능성을 높일 것으로 기대한다. 차세대 전자소자 개발에 중요한 기초 자료이자, 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성을 연 결과이기도 하다”라고 연구의 의의를 밝혔다.

본 연구는 한국연구재단 기초연구실지원사업, 중견연구자지원사업과 창의·도전연구 기반지원사업 지원으로 수행됐다.

글 정예솔 wg1129@khu.ac.kr

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