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Nikkei X-TECH_2022.12.16

바이오매스 반도체 실현을 향한 전진
산업종합연구소 등, 커피 유래 성분으로 성능 향상

산업기술종합연구소와 쓰쿠바(筑波)대학은 커피에 포함된 성분 '카페산(Caffeic acid)'을 유기반도체 디바이스의 전극 표면에 얇게 도포하면 유기반도체 디바이스에 흐르는 전류가 최대 100배 증가하는 것을 알아냈다. 재생 가능 재료를 이용한 바이오매스 반도체 디바이스의 실현을 향해 진일보한 성과라고 할 수 있다.

전극 기판 위에 유기분자를 적층해 만드는 유기반도체는 그 성능을 높이기 위해 전극과 유기분자 사이(계면)에서 얼마나 효율적으로 전하가 전달될 수 있는가, 즉, 전류가 흐르기 쉬운 환경이 요구된다.

전극 표면에 커다란 영구 쌍극자 모멘트(Permanent dipole moment), 분자 내 전하 밀도의 치우침)를 갖는 분자의 층(전극 수식층)을 설치하면, 전극의 페르미 준위(전하를 내보내는 에너지 준위)가 유기분자의 HOMO(전하를 받는 에너지 준위)에 가까워져 전극에서 유기반도체로의 전하 주입이 촉진되는 것을 알 수 있다.

여기서 연구팀은 커다란 영구 쌍극자 모멘트를 가진 물질로서 카페산에 주목. 전극 표면에 카페산 박막층을 형성하면 전류가 흐르기 쉬워진다는 것을 알아냈다.

기존에는 전류를 흐르기 쉽도록 하는 전극 수식 재료로써 도전성 폴리머, 전이 금속 산화물 등이 이용되어 왔지만, 폐기 시 환경에 대한 악영향과 희귀 금속이 포함되는 것으로 인한 입수성 및 코스트의 안정성에 과제가 있었다.

카페산은 재생 가능한 식물 유래 재료로, 환경 부하가 적고 특수한 방법을 사용하지 않고 성막(成膜)이 가능하며(이번에는 진공 증착, 또는 스핀 코트로 성막), 전극 기판의 종류에 의존하지 않기 때문에 유기반도체 디바이스 전반의 전극에 응용 가능한 재료가 될 수 있을 것으로 기대된다.

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