'익센' 79년만에 합성.. 유기반도체 새로운 장

질소와 붕소가 도핑된 익센의 뒤틀린 평면구조(비평면 구조)

[아시아경제 황준호 기자] 1941년 '익센'이라는 이름으로 알려졌지만 정작 만들어내지는 못했던 물질이 국내 연구진에 의해 합성됐다. 이 물질은 실리콘 반도체를 대신할 유기반도체 소재로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

울산과학기술원의 박영석·이근식·신형준 교수 연구팀은 다환 방향족 탄화수소 물질 중 하나인 '익센' 분자를 합성하는데 성공했다고 26일 밝혔다. 관련 논문은 앙게반테케미에 24일(현지시간) 실렸다.

익센은 79년전 분자 구조가 제안됐지만 합성은 못하던 물질이다. 연구팀은 다이아세틸렌 분자의 '고리화 반응'과 팔라듐 촉매을 사용한 '탄소-수소 아릴화 반응'을 이용해 익센을 최초로 합성했다.

익센은 여러 개의 탄소 원자가 육각형 고리모양을 한 다환 방향족 탄화수소에 속하는 물질이다. 다환 방향족 탄화수소는 분자 안에 자유롭게 움직일 수 있는 전자를 갖고 있어, 반도체 소재로 쓰인다.

연구팀은 익센에 질소와 붕소를 첨가해 B2N2-ixene를 추가적으로 합성했다. 익센을 유기반도체로 활용할 수 있도록 개량한 것이다. 이 물질은 특정 위치에 질소와 붕소가 도핑돼 에너지 갭을 줄일 수 있다.

연구팀은 실제 실험과 이론계산을 통해 B2N2-ixene 분자가 익센과 비교해 좁은 에너지 갭을 가진다는 것을 입증했다. 특히 자외선-가시광선 분광법을 이용해 B2N2-ixene이 익센보다 긴 파장대(λabs)의 빛을 흡수하는 것을 관찰했다. 이는 B2N2-ixene 분자의 에너지 갭이 더 좁다는 것을 의미한다.

박영석 교수는 "익센이라는 새로운 물질을 현대 유기화학을 이용해 합성했다는 점뿐만 아니라 분자의 특정 위치에 원하는 물질을 정확하게 첨가해 물리적 성질을 제어하는 방식을 제안했다는 점에서 의의가 큰 연구"라며 "이번 연구에 사용된 팔라듐촉매와 탄소-수소 아릴화 반응은 더 큰 분자 크기를 갖는 다환 방향족 탄화수소를 합성하는 전략으로도 응용 할 수 있을 것"이라고 기대했다.

합성된 유기반도체 재료의 광학·전기화학적 성질 분석

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr