유기박막 필름 전자장치 성능 개선

 

 

 

캘리포니아 지역의 연구진들이 유기 박막 필름 전자장치의 성능을 개선하는 방법을 발견했다. 미국에너지부 로렌스-버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory) 웹사이트의 보고서에 따르면, 연구진들은 유기 박막 필름에서 분자에서 분자로 전하량을 이전시킴으로써 이 방법을 발견한 것이다.

 

또한, 그들의 연구결과는 유기 필름이 전도성을 개선하기 위해 어떻게 화학적으로 수정되어야 하는지를 보여주고 있다. ‘우리는 유기 박막 필름의 분자들이 언제 특별한 방향으로 배열되는지를 알려주는데, 이것은 매우 높은 전도성을 가진다.’라고 프로젝트 리더이자 로렌스-버클리 국립연구소의 재료과학부(Materials Sciences Division) 책임자인 Miquel Salmeron씨는 말했다.

 

‘화학자들은 이미 이러한 선형을 만들 수 있는 유기 박막 필름을 제작하는 방법을 알고 있다. 이것은 그들이 분자 배열과 분자를 따르거나 가로질러 전하를 이동시키는 역할을 결정하기 위해 우리의 방법론에 따라 제공되는 정보를 사용할 수 있다는 사실을 의미한다. 이것은 미래의 유기 전자장치의 성능을 개선하는 것을 도울 것이다.’

 

로렌스-버클리 국립연구소 재료과학부의 Salmeron씨와 Shaul Aloni씨도 이 연구결과를 기술한 [NanoLetters] 저널의 공동연구 저자이다.

 

플라스틱이나 폴리머 전자장치로도 알려진 유기 전자장치(Organic electronics)는, 전도체로 금속이나 반도체가 아닌 탄소에 기반을 둔 분자를 이용하는 장치이다. 이 장치들은 저비용과 경량 그리고 유연성을 실현했다. 또한, 유기 전자장치는 분자 컴퓨팅 분야에서 큰 역할을 할 것으로 예상하지만, 아직 금속과 반도체에 비해 낮은 전기전도성 때문에 사용에 장애가 되는 현실이다.

 

연구팀은 분자 필름의 결정형 구조를 매핑하기 위해 전자 회절 패턴을 사용했다. 그런데 전자빔을 사용하는 단일 층의 유기 필름의 구조적 결정학적 맵을 확보하는 것은 중요한 도전적 작업이었다.

 

‘이러한 유기 분자들은 고에너지 전자에 극도로 민감하다. 당신이 필름을 통해 고에너지의 전자빔을 쏘게 되면, 그것은 즉시 분자들에 영향을 미친다. 몇 초 이내에, 우리는 더는 회절 패턴의 상호분자적인 배열상태 표시를 볼 수 없게 된다. 그럼에도, 정확하게 적용되면, 전자 현미경은 유기 샘플에 관한 독특한 정보를 제공할 수 있는 필수적인 툴이 될 수 있다.’라고 Aloni씨는 말했다.

 

연구팀은 이 도전을 Molecular Foundry의 나노구조체의 이미지 처리 및 조작실험시설(Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility)에서 개발한 투과 전자현미경(TEM, transmission electron microscope, 전자현미경 중에서 전자선을 집속하여 시료에 조사하여 시료를 투과한 전자선을 전자렌즈에 의해 확대하여 상을 얻는 것을 말함)과 그들이 개발한 전략의 결합을 통해 극복했다고 보고되었다. 평행한 전자빔으로 수집된 전자 회절 패턴은 필름을 통해 스캐닝 되었고, 그다음 구조적인 결정학적 맵을 만들려고 컴퓨터에 의해 분석되었다.

 

‘이러한 맵에는 크기, 대칭 그리고 유닛 셀의 정위 방향, 도메인의 정위 방향과 구조, 결정성의 정도와 마이크로미터 크기의 어떠한 변동에 관한 불안전한 정보가 포함되어 있다. 이러한 데이터는 유기 필름의 구조와 전기적 이전 특성을 이해하는데 아주 중요하며, 우리가 서포트 필름의 화학적 수정으로 이루어지는 작은 변화들을 추적할 수 있도록 한다.’라고 선임 저자인 Virginia Altoe씨는 밝혔다.

 

이 연구에서 유기 분자 필름과 기질 간의 결합은 전자 홀(electron holes, 양의 전하를 가진 에너지 공간)을 통해 전류를 전도한다고 결론지었지만, 연구진들은 구조적인 매핑도 전도도가 전자에 기반을 둔 재료일 경우에 적용 가능하다고 주장한다.

 

‘우리는 우리가 사용한 방법론이 재료과학 분야에서 광범위하게 적용되기를 바란다.’라고 Salmeron씨는 밝혔다.