고분자 결정화로 양자막대 정렬 및 배향 제어 성공

이은지 GIST 교수팀 전도성 고분자 결정화 속도 제어
차세대 전기 광학 소자에 많은 응용 기대돼

[아시아경제 김봉수 기자] 광주과학기술원(GIST)은 이은지 신소재공학부 교수 연구팀이 전도성 고분자의 결정화 속도를 제어해 양자막대의 위치, 정렬 및 배향(orientation·입자가 일정한 방향으로 배열)을 균일하게 제어할 수 있는 하이브리드 나노전선 제조 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

양자막대는 종횡비를 가지는 반도체 결정으로 구조와 모양, 입자간 정렬 방향이 전기·광학 특성에 지대한 영향을 주지만 낮은 종횡비로 무작위하게 응집되려는 경향이 있다. 이를 응용한 하이브리드 소재 개발에서 양자막대의 균일한 분산, 정교한 위치 및 배향제어는 성능 특성화를 위해 고려해야 할 매우 중요한 요소이다.

연구팀은 전도성 고분자에 양자막대와 결합 가능한 블록을 도입하고 용액공정을 적용, 이종용매의 확산계수를 고려해 고분자의 결정화 속도를 조절하고 양자막대가 균일하게 배열된 하이브리드 전선을 성공적으로 제조했다.

전자 주개인 전도성 고분자와 전자 받개인 양자막대가 교대 배열을 가지며, 10 나노미터 폭과 수 마이크로 미터의 길이를 가진 하이브리드 반도체 전선이다. 특히 나노전선의 생성 여부와 전도성 고분자의 결정화, 결정도, 양자막대의 위치 및 균일한 배열 구조는 최첨단 나노기술인 삼차원 투과전자현미경 분석법 개발을 통해 규명할 수 있었다. 고분자의 결정화 속도가 나노전선의 길이와 양자막대의 정렬모드는 물론 편광도와 전하 이동경로에 매우 큰 영향을 미쳐 특이적인 전기·광학 특성을 유도함을 확인했다.

이 교수는 “초미세 반도체 나노구조 내에 양자막대의 정렬 및 배향을 자유자재로 제어할 수 있는 전략을 제시했다는데 의의가 있다”면서 “편광 특성을 지닌 양자막대의 결합모드를 이용하여 신개념 발광스위치 소자는 물론 광통신, 양자컴퓨팅, 3D 디스플레이, 태양전지 등 차세대 전기광학소자 분야에 많은 응용이 가능할 것으로 기대된다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 케미스트리 오브 머터리얼즈(Chemistry of Materials,　IF: 9.811)에 지난달 27일 온라인 게재됐다. 표지논문으로 선정돼 곧 출판된다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr