반도체의 특성을 개선하는 데 사용되는 새로운 첨가제 기술이 개뱔됐다.

한국연구재단은 한양대 에너지공학과 장재영 교수팀이 기존 한계를 극복할 수 있는 신규 '유기 도펀트' 소재군을 개발했다고 25일 밝혔다.

유기 도펀트(organic dopant)는 반도체의 특성을 제어하는 데 쓰이는 첨가제로, 반도체산업에서는 불순물 원자를 첨가해 반도체의 전기적, 광학적, 구조적 특성을 개선하는 도핑 기술이 필수적이다.

이번에 장 교수팀은 기존에 활용하던 유기 p-도펀트 기술에서 도펀트 분자에 곁가지처럼 붙어 소재의 특성을 제어하는 전자 구인성 작용기에 변화를 주었다.

이 과정에서 기존 전자 구인성 작용기인 시아노(CN)기 내의 질소(N) 원자를 루이스 산과 반응시키면 강한 산화성과 안정성을 동시에 지닌 유기 p-도펀트를 합성할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

전자 구인성 작용기(electron-withdrawing group)는 전자를 흡수해 전자가 과잉되는 것을 안정화하는 작용기다.

시험에서 루이스 산-염기 결합 후 시아노기의 전자 구인성은 두 배 가까이 향상돼 지금까지 알려진 유기 p-도펀트 중 가장 강력한 산화성을 보였고 도핑의 안정성 또한 비약적으로 향상되는 것으로 확인됐다.

유기 도펀트는 OLED 제조에서 발광을 돕는 핵심기술로 활용되는 등 향후 수요가 폭발적으로 증가할 것으로 전망되며 특히 유기 도펀트 중 p-형 반도체의 특성을 향상시키는 유기 p-도펀트는 안정성이 낮고 그램당 가격이 수십만 원에 달할 정도로 비싼 데다 특정 업체가 독점, 신규 기술 확보가 절실한 상황이다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 화학분야 세계적 권위지 '안게반테 케미 인터내셔널 에디션(Angewandte Chemie International Edition)'에 지난 11일 게재됐으며 표지논문으로도 선정됐다.(논문명:Extremely Electron-Withdrawing Lewis-Paired CN Groups for Organic p-Dopants)

장재영 교수는 "이 유기 p-도펀트 소재군은 자유롭게 화학적 구조의 변형이 가능해 다방면 활용이 가능하고 단순한 합성법에 저렴한 시약을 사용할 수 있어 가격을 수십 배 낮출 수 있는 장점이 있다"면서 "전기적 성능을 극대화하기 위해 다양한 공정기술을 개발 중"이라고 말했다.