고분자 나노와이어 기반 트랜지스터·뉴로모픽 소자 성능 대폭 향상
국립한국해양대학교(총장 류동근)와 국립부경대학교(총장 배상훈)의 공동 연구팀이 수행한 연구가 세계적인 나노기술 분야 권위지인 Nanoscale (IF 5.1, 영국 왕립화학회 발행) 표지논문(Front Cover)으로 선정돼 2025년 10월 14일 자로 게재됐다.
이번 연구는 한국해양대 나노반도체공학전공 전영태 교수와 부경대 차세대반도체공학전공 이지열 교수가 공동으로 이끌었으며, 논문 제목은 ‘Aligned conjugated polymer nanowires for enhanced performance in organic transistors and neuromorphic devices’이다.
연구팀은 고분자 반도체의 분자 정렬도를 극대화한 나노와이어 구조를 개발해 유기 트랜지스터와 뉴로모픽 소자의 성능을 획기적으로 향상시켰다. 특히, 자가정렬 패터닝 기법을 활용해 정렬된 고분자 나노와이어를 형성하는 새로운 공정 기술을 제시했으며, 이는 기존 박막 방식에서 발생하던 분자 배열의 무질서 문제를 근본적으로 해결한 성과로 평가된다.
이번 기술은 전하 수송 효율을 크게 개선할 뿐 아니라, 이온 침투를 유리하게 만드는 개방형 구조를 통해 전자적·이온적 특성을 동시에 향상시켰다.
구체적으로, 개발된 고분자 나노와이어 트랜지스터는 기존 스핀코팅 방식 대비 이동도가 100배 이상 향상됐으며, 문턱전압 및 On/Off 특성 등에서도 눈에 띄는 개선이 확인됐다. 유기 전자화학 트랜지스터(OECT)의 경우, 채널 전역에서 Volumetric Doping 현상이 구현되어 Transconductance가 6배 이상 증가하는 등 고성능이 입증됐다.
또한 나노와이어 기반의 뉴로모픽 시냅스 소자는 펄스 수, 전압, 펄스 폭 변화에 따른 자극 조건 모두에서 강한 EPSC 반응과 장기 기억(LTM) 특성을 보여, 생물학적 시냅스에 가까운 아날로그 신호 처리 능력을 나타냈다.
이번 연구에는 국립한국해양대 윤진석 학생이 나노와이어 소자 제작과 전기적 특성 분석을 담당했으며, 부경대 정원빈 학생은 뉴로모픽 소자의 동작 평가를 수행하는 등 핵심 역할을 수행해 표지논문 선정에 기여했다.
양 대학의 융합 연구와 학생 참여가 우수한 성과로 이어진 이번 사례는, 나노소재 기반 차세대 반도체 및 인공지능 소자 개발 분야에서 학문적·산업적 파급력이 클 것으로 기대된다.
