최근 울산과학기술원(UNIST) 화학과 박영석 교수팀이 유기반도체 분야에서 획기적인 발전을 이루었다. 그들은 "BNBN 안트라센"이라는 새로운 분자를 성공적으로 합성하고 특성화하여 고급 전자 장치 개발의 새로운 가능성을 열었습니다.
유기반도체는 탄소 중심의 유기전자소자에서 전자의 운동성과 광학적 특성을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다는 점에 주목해야 한다.
연구팀의 연구는 탄소-탄소(C-C) 결합을 등전자 붕소-질소(B-N) 결합으로 대체해 이들 반도체의 화학적 다양성을 높이는 데 초점을 맞춘 것으로 알려졌다. 이러한 대체를 통해 상당한 구조적 변화 없이 전자 특성을 정밀하게 조정할 수 있습니다.
구체적으로 연구진은 BOBN 안트라센과 BNBN 안트라센 유도체를 합성하기 위해 안트라센 골격의 지그재그 가장자리에 여러 개의 주요 그룹 헤테로원자를 도입했습니다. BNBN 안트라센은 들쭉날쭉한 가장자리의 BOBN 단위에서 변환된 연속 BNBN 단위를 포함합니다.
연구진은 탄소로만 구성된 기존 안트라센 유도체와 비교할 때 BNBN 안트라센은 C-C 결합 길이에 뚜렷한 변화를 보이고 더 큰 분자 궤도 에너지 갭을 가지고 있어 유기 반도체 분야에서 큰 응용 가능성을 가지고 있다고 지적했습니다.
최신 연구 결과는 최근 Angewandte Chemie International Edition 저널에 게재되었습니다.
연구진에 따르면, BNBN 안트라센은 유기발광다이오드(OLED)의 청색 호스트로 사용될 때 3.1V의 극히 낮은 구동 전압을 나타낼 뿐만 아니라 전류 활용, 에너지 효율, 발광 측면에서 더 높은 효율을 나타낸다.
연구팀은 또한 X선 회절분석기를 사용해 BNBN 안트라센 유도체의 결정 구조를 연구해 BNBN 안트라센 유도체의 특성을 추가로 확인했다. 분석 결과, 결합 길이, 결합 각도 등 붕소-질소(BN) 결합으로 인한 구조적 변화가 밝혀졌습니다.
"이 연구를 통해 합성된 연속 BN 결합은 유기 반도체에 큰 응용 잠재력을 가지고 있습니다. 연속 붕소-질소 결합 화합물의 합성 및 특성화는 화학의 기초 연구에 기여합니다. 이는 새로운 화합물을 합성하고 전자 특성을 제어하는 데 귀중한 도구를 제공합니다."라고 그들은 말했습니다.