초록 ▼

그래핀은 탄소원자 한 층으로 이루어진 2차원 물질로서 우수한 전기적, 광학적, 열적, 기계적 특성으로 인하여 최근 주목 받고 있는 소재이다. 국내외 많은 연구그룹에서 기체 소스를 이용한 CVD 그래핀 합성에 대한 활발한 연구를 진행해왔다. 그러나 기체 소스를 이용한 그래핀 합성법은 메탄, 에틸렌과 같은 폭발성의 위험한 가스를 이용한다는 단점이 있다. 또한, 합성된 그래핀을 유연 전자 소자의 전극으로 사용하고 소자의 효율을 극대화 시키기 위해서는 합성된 그래핀의 일함수를 조절할 필요성이 있다. 이에 따라 본 연구진은 다음과 같은 목표

그래핀은 탄소원자 한 층으로 이루어진 2차원 물질로서 우수한 전기적, 광학적, 열적, 기계적 특성으로 인하여 최근 주목 받고 있는 소재이다. 국내외 많은 연구그룹에서 기체 소스를 이용한 CVD 그래핀 합성에 대한 활발한 연구를 진행해왔다. 그러나 기체 소스를 이용한 그래핀 합성법은 메탄, 에틸렌과 같은 폭발성의 위험한 가스를 이용한다는 단점이 있다. 또한, 합성된 그래핀을 유연 전자 소자의 전극으로 사용하고 소자의 효율을 극대화 시키기 위해서는 합성된 그래핀의 일함수를 조절할 필요성이 있다. 이에 따라 본 연구진은 다음과 같은 목표를 설정하고 연구를 진행하였다.

연구 목표 : 비기체 탄소 소스를 이용한 일함수 조절 가능한 그래핀의 합성 및 고효율 유연 유기 발광 소자 및 광전 소자 구현을 위한 기술 개발

- 비기체 탄소 소스를 이용한 그래핀 합성
- 표면 흡착 분자를 이용한 그래핀의 일함수 조절
- 일함수가 조절된 그래핀을 이용한 고효율 유기 발광 소자 및 광전 소자 개발

(1) 비기체 탄소 소스를 이용한 그래핀 합성
고체 탄소 소스 (cellulose acetate laminate film)을 이용한 CVD 그래핀은 면저항 250 Ω/□, 투과도 71%의 특성을 보였다. 또한, 액체 탄소 소스 (메탄올)을 이용한 CVD 그래핀의 경우 고체 소스를 이용한 그래핀 보다 더욱 우수한 전기적, 광학적 특성을 보였다.

(2) 표면 흡착 분자를 이용한 그래핀의 일함수 조절 및 유기발광소자 특성 향상
그래핀의 일함수를 증가시키기 위해 유기 단분자 TFSA (bis(trifluoromethanesulfonyl)amide)를 도펀트로 이용하였다. TFSA 도핑된 그래핀의 경우 투과도 저하현상 없이 65%의 면저항 감소, 0.7 eV의 일함수 증가를 가져왔다. 이에 따라 그래핀 기반 유기발광소자의 효율이 기존 ITO 기반 소자 효율을 상회하는 결과를 보임을 알 수 있었다.

(3) 무기 산화물 나노입자를 이용한 그래핀 도핑
앞서 진행한 연구와 같은 맥락으로 무기 산화물 나노입자를 그래핀에 도포함에 따라 그래핀의 면저항이 감소하고, 일함수가 증가함을 알 수 있었다. 한편, 나노입자 층이 형성 됨에 따라 그래핀 표면의 roughness가 감소하여 유기발광소자의 고효율 달성 뿐만아니라 소자의 안정성을 확보할 수 있었다.

위와 같은 연구를 수행하면서 그래핀이 유연한 소자의 투명 전극으로 활용되는데 걸림돌이 되었던 일함수 문제를 효과적으로 해결하였고, 차세대 유연 디스플레이 개발 기술을 선도하는 해법으로 산업계에 긍정적인 기여를 했다고 판단된다. 한편, 일함수 조절을 위해 사용한 나노입자를 발광 소자의 광추출 역할과 결합한 소자 효율 극대화 관련 연구를 후속적으로 진행한다면 투명 전극 그래핀의 상용화가 보다 앞당겨 질 것이라 기대는 바이다.