입력 2025.04.09 09:51
- 고분자 소재의 측면구조 설계를 통해 이온 수송 정밀 제어
- 전해질 기반 유기 트랜지스터 성능 향상하는 ‘알킬 곁사슬 구조 조절’
- 국제 저명 학술지 「스몰 스트럭처스」 표지 논문 선정
□ 서울과학기술대학교(총장 김동환, 이하 서울과기대) 화공생명공학과 이은호 교수 연구팀이 발표한 새로운 분자설계 전략이 재료과학과 유기전자 분야에서 주목을 받으며, 국제 저명 학술지 ‘스몰 스트럭처스(Small Structures)’(Impact Factor: 13.9, 상위 6.9%)의 표지 논문으로 선정되었다.
□ 이번 연구는 기존 반도체 소자 설계가 회로나 전극 구조에 집중됐던 패러다임에서 벗어나, 고분자 소재의 측면 구조 설계를 통해 이온 수송을 정밀하게 제어하고, 궁극적으로 전자소자의 응답 특성과 안정성을 끌어올리는 데 성공했다는 점에서 큰 의미가 있다. 제1저자는 서울과기대 석사과정 성준호 학생이며, 이은호 교수와 국립금오공과대학교 이원호 교수가 공동 교신저자로 참여했다.
□ 연구의 핵심은 전해질 기반 유기 트랜지스터의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 ‘알킬 곁사슬 구조 조절’ 전략이다. 연구팀은 서로 다른 두 종류의 알킬기 곁사슬을 갖는 공중합체를 설계하여, 고분자 사슬의 결정성과 이온과의 상호작용을 동시에 제어할 수 있는 분자 구조를 구현했다. 이를 통해 소자의 이온 수송 경로, 반응 속도, 전기화학적 안정성을 정밀하게 조절하는 데 성공했다.
□ 이러한 유기 트랜지스터는 낮은 전압에서도 안정적으로 작동하는 저전력 특성을 보였으며, 유연성과 생체 적합성을 겸비해 웨어러블 의료기기, 피부 부착형 센서, 생체 신호 모니터링 장치 등으로의 응용 가능성도 높다. 이은호 교수는 “이번 연구는 분자 수준에서의 섬세한 구조 설계를 통해 기존 유기 전자소자의 한계를 극복할 수 있다는 가능성을 보여준 사례”라며, “향후 스마트 진단 기술이나 생체 신호 인터페이싱 분야로 연구를 확장할 계획”이라고 밝혔다.
□ 특히 이번 성과는 차세대 AI 반도체의 소재 기반 혁신에 중요한 실마리를 제공한다. 최근 인공지능 반도체는 연산 속도와 전력 효율을 동시에 잡아야 하는 과제를 안고 있으며, 전자회로 중심의 설계만으로는 기술적 한계에 부딪히고 있다. 이에 따라 트랜지스터의 핵심인 반도체 소재 자체의 구조를 분자 수준에서 정밀하게 설계하는 접근이 주목받고 있으며, 이번 연구는 그 가능성을 실증한 것이다.
□ 또한 전해질 기반 유기소자는 인간의 뇌 신호와 유사한 방식으로 동작할 수 있어 뉴로모픽 반도체나 바이오 전자기기에 최적화된 기술로 평가된다. 특히 이온 수송을 통한 전기적 반응이 뇌의 시냅스와 유사한 작동 메커니즘을 보이기 때문에, 향후 AI 기반의 생체 모사 시스템이나 스마트 의료 기술에도 적용될 것으로 기대된다.
□ 이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구 및 한국산업기술기획평가원 소재부품기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.