지스트(광주과학기술원)는 국내 연구팀이 차세대 생체전자 인터페이스 소자로 주목받는 인체 이식형 전자소자 구현에 필요한 고성능 친환경 혼합전도체(organic mixed ionic-electronic conductor: OMIEC)를 개발했다.

7일 신소재공학부 윤명한 교수 연구팀은 카이스트(한국과학기술원) 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀과 공동으로 친환경 수계 용매 공정이 가능한 고성능 n-형 유기물 혼합형 전도체 개발에 성공했다고 밝혔다.

혼합전도체는 금속과 같은 단순 전기전도체가 아닌 전해질 내에서 이온 전도성과 전기 전도성을 동시에 갖는 재료로, 전해질 환경에서 생체 전기신호를 증폭하는 소자 및 유연 전자 소자의 반도체 재료로 활용된다.

체내·외 이식·부착 등을 통해 뇌, 심장, 근육 등의 다양한 생체 전기적 신호를 확인할 수 있어 차세대 바이오 헬스케어로 응용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

대부분 p-형 유기물 반도체 기반의 연구가 대부분이고 n-형 유기물 반도체 연구는 드물었다.

유기물 혼합형 전도체의 경우 n-형에서 전하 이동도(반도체 내에서의 전하를 갖는 전자·정공의 이동도)가 p-형의 전하 이동도 보다 백배 이상 낮기 때문에 차후 트랜지스터 기반의 다양한 응용 소자 및 논리회로 제작을 위해선 필수적으로 연구가 돼야 한다.

p-형 유기물 반도체는 정공(hole)을 주 캐리어로, n-형 유기물 반도체는 전자(electron)를 주 캐리어로 공액 구조 주 사슬을 가지는 유기물 반도체를 말한다.

연구팀은 이러한 n-형 유기물 혼합형 전도체의 낮은 전자 이동도 문제점을 개선하고자 양친매성 전도체 소재를 개발해 전기화학 트랜지스터 소자를 제작했다.

전자 이동도와 전기화학 트랜지스터 특성 평가 지수가 3배 이상 증가하는 것으로 나타났다.

윤명한 교수는 "친환경성과 n-형 전기화학 트랜지스터의 전자 이동도 특성을 동시에 향상함으로써 차세대 복합회로형 생체전자소자 구현에 크게 이바지할 것으로 기대된다"고 밝혔다.

김범준 교수는 "이번 연구는 친환경 공정이 가능한 고성능 인체 이식형 전기화학 소자 제작에 적합한 유기고분자 합성전략을 제시했다는 것에 의의가 있다"고 평가했다.

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