새로운 소재의 발견은 새로운 공정 개발을 필수적으로 요구합니다. 최근 서울대학교 융합과학기술대학원(융대원)에서 차세대 소재로 가장 주목 받고 있는 "그래핀"을 저온 건식 공정을 통해 유기물 층 위에도 옮길 수 있는 기술이 개발됐는데요.?그래핀 기반의 유기전자소자를 제작하는데 핵심적인 역할을 할 수 있다고 합니다.

그 기술 개발의 주인공 중 한 명이자 이달의 인물로 선정된 나노융합전공의 차석균 학생을 지난 15일 만나봤습니다.




한성훈 기자(이하 한). 반갑습니다 차석균 학생, 간단히 자기소개 부탁드릴게요.

차석균 (이하 차). 현재 박사과정 5학기에 재학 중인 차석균입니다. 현재 김창순 교수님의 지도 하에 OENL에서 연구를 하고 있습니다.

한. OENL? 정확히 어떤 연구를 하는 곳인지 "쉽고" 자세하게 알려주세요.

차. OENL은 Organic Electronics & Nanophotonics Laboratory의 약자 입니다. 연구실 이름에서 그대로 알 수 있듯이 우리 연구실은 스마트폰이나 TV에 들어가는 유기발광다이오드 또는 유기태양전지와 같은 유기전자소자의 물리적 광학적 특성을 이해하고,?이를 바탕으로 소자의 구조를 설계하는 연구를 진행하고 있습니다. 또한 다양한 종류의 투명하면서도 유연한 유기전자소자 제작과 관련된 연구도 병행하고 있고요. 뿐만 아니라 테라헤르츠파(Terahertz wave)와 관련된 소자 연구도 수행하고 있습니다.

한. 본인의 관심 분야는요?

차. 사실 차세대 소재의 "대세"로 꼽히는 그래핀을 이용해, 이를 전극으로 활용한 "유기전자소자 제작"에 많은 관심을 가지고 있습니다. 탄소 원자 1개의 층으로 이루어진 그래핀은 백색광에 대해 높은 투과율을 가지고 있는데도 불구하고, 뛰어난 전기적 특성을 가지고 있거든요.?대표적인 투명 전극 소재로 널리 쓰이는 ITO(Indium Thin Oxide)와 비교해도, 그래핀은 높은 광 투과도와 유연성을 가지고 있다는 장점이 있습니다.

한. 예를 들어 어떤 분야에서 활용이 가능할까요?

차. 영화 "아이언맨 2" 보셨나요. 투명 터치 디스플레이가 종종 등장하는데, 그래핀 기반의 유기 전자소자의 위 특성을 토대로 한다면 ?이 디스플레이와 같은 심미성이 필요한 다양한 어플리케이션에 적용 가능할 것으로 예상됩니다.?저희 랩의 더 많은 정보는 OENL 홈페이지(?http://dimplyhoon.wix.com/oenl )를 통해 얻을 수 있습니다.

한. 사실 차석균 학생이 이달의 인물로 선정된 건, 얼마 전 꽤 우수한 저널에 학생의 논문이 출판돼섭니다. 먼저 정말 축하드리고요. 어떤 연구 성과인지 주요 내용 좀 말해주시겠어요?

차. 축하 감사합니다. 그래핀 기반의 전자소자를 제작하기 위해서는 화학기상증착법 (CVD)으로 합성된 구리 포일 위에 그래핀을 원하는 기판 위에 전사시키는 공정이 필수적인데요, 기존의 그래핀 전사 방법은 최종 기판이 습식 공정에 노출되는 단점이 있습니다.?그래서 수분이나 유기용매에 취약한 유기물 층 위로는 기존의 방법을 활용해 그래핀을 옮길 수가 없었거든요. 설령 그래핀을 옮긴다 하더라도 전사된 그래핀의 품질이 좋지 않았죠. 그만큼 그래핀을 이용한 다양한 구조의 유기전자소자를 연구하고 개발하는데 한계가 많았습니다.

이번 논문에서 제안된 그래핀 저온 건식 전사 공정은 일반적으로 널리 사용되는 습식 전사 공정을 이용해 PDMS 도장 위로 옮긴 뒤에 도장 공정을 거쳐 원하는 기판 위에 그래핀을 전사 시키는 것 입니다. 비록 공정 중간에 습식 공정을 거치지만, 그래핀이 전사되는 최종 기판에는 수분이나 고온에 노출되지 않습니다. 또?구리 포일 위에 그래핀을 미리 패턴을 한다면, 최종 기판이 에칭 공정에 노출되는 일이 없이 그래핀 패턴을 얻을 수도 있습니다. 이 연구 결과는 탑 또는 중간 전극을 그래핀으로 사용하는 전면발광유기발광다이오드(top emission OLED)또는 텐덤태양전지(tandem OPV)와 같은 유기광전자소자 연구에 큰 기여를 할 것으로 생각됩니다.

한. 굉장하네요. 제가 이해한 바로는 "성능이 매우 우수한 물질이 있지만 기존에는 이것을 기존의 소자에 적용하기에 많은 제약이 있었다. 하지만 석균학생이 개발한 공정을 이용하면 그러한 제약 없이 다양한 분야에 해당 물질을 쉽게 적용가능할 수 있다" 같은데, 제가 잘 이해한 것이 맞나요?

차. 정확합니다. 이해가 빠르시군요.

한. 앞으로의 연구 계획은요?

차. 현재 개발된 그래핀 저온 건식 전사 공정은 그래핀 기반의 유기전자소자를 연구하시는 분들께 높은 관심을 끌 수 있을 것으로 생각됩니다만, 공정의 기술적인 측면이 완전히 확립돼있지는 않답니다. 한가지 예를 들자면, 그래핀 전사 과정에서 쓰이는 물질이 최종 기판 위에 전사된 그래핀 표면에도 존재한다는 문제가 있지요. 단기적으로는 이러한 문제를 해결해서 개발된 그래핀 전사 공정의 기술적인 완성도를 높이는 게 목표고요. 장기적으로는 이 공정을 활용해 모든 전극이 그래핀으로 이루어진, 투명하고 유연한 유기박막트랜지스터를 제작할 계획입니다.?그러면 뒤편의 배경이 보이는 "투명한 디스플레이"나 인체의 신체 정보를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 "전자 피부"등에 요긴하게 쓰일 수 있을 겁니다.?이번 연구 결과에 대한 보다 자세한 정보는 http://www.nature.com/articles/srep17877 을 통해서 확인하실 수 있습니다.

한. 부럽습니다! 정말 멋지네요. 긴 시간 인터뷰에 응해주셔서 감사드립니다.

차. 감사합니다.

이상 이달의 인물로 선정된 나노융합학과 차석균 학생을 만나봤습니다.