나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)대학 대학원 신영역창성과학연구과, 물질·재료연구기구(NIMS) 국제나노아키텍토닉스연구거점(WPI-MANA), PI-CRYSTAL 등의 공동 연구그룹이 간편한 인쇄법을 이용하여 제작된 대면적·고성능 유기 반도체 단결정 웨이퍼의 표면에 비파괴·고선택적으로 2차원 전자계를 형성하는 도핑 기술을 개발, 기존 금속 플렉시블 센서의 10배의 감도를 갖는 ‘플렉시블 센서’를 개발함. 연구진은 독자 개발한 유기 반도체 재료와 인쇄 기술을 이용함으로써 극박막 유기 반도체 단결정 막의 4인치급 웨이퍼를 제조함. 분자가 약한 상호 작용으로 집합된 유기 반도체 단결정을 제조하는 것이 가능하게 되었지만, 이러한 분자 단결정의 결정성을 파괴하지 않고, 불순물 도핑을 이용하여 안정적으로 전자를 공급하는 것은 불가능했음. 특징적인 모양과 크기를 갖는 도펀트(dopant, 불순물) 분자를 도입함으로써 치밀하게 설계된 분자의 결정성이 흐트러졌기 때문임. 연구진은 유기 반도체 단결정 박막과 불순물 분자가 용해된 용액을 접촉시키는 간단한 방법을 이용하여 유기 반도체 표면에 비파괴로 밀도 2차원 전자계를 형성하는 데 성공함. 분자가 정밀하게 배열된 단결정성을 유지함으로써 유기 반도체 단결정이 본질적으로 갖는 플렉시블 반응성을 유지하면서 디바이스의 저저항화가 가능해짐. 이 새로운 원리를 이용한 ‘유기 반도체 왜곡 센서’는 기존의 금속 플렉시블 센서의 10배 정도의 감도를 가짐. 본 도핑 기법을 이용하여 다양한 곡면에 붙일 수 있는 플렉시블 왜곡 센서를 대량·저비용으로 제조할 수 있게 될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Advanced Science’ (“Surface doping of organic single-crystal semiconductors to produce strain-sensitive conductive nanosheets”) 지에 게재됨.