- 1 -

2023. 12. 7.(목)

062-715-2061

062-715-2062

신소재공학부 윤명한 교수

062-715-2320

미디어홍보팀 김지훈 팀장

미디어홍보팀 이나영 선임행정원

GIST-KAIST 공동연구팀,

세계 최고 수준의 유기물 전자소자 개발

-

신개념 분자구조 제안 및 미세구조 정렬 통해 혼합형 전도체의 분자구조-

전하 이동 상관관계 규명 및 전하 이동도 특성 크게 향상… 재료공학 분야 유명 

국제학술지 「Advanced Materials」 게재

-

차세대 체내이식형 전자소자 및 고성능 뉴로모픽 전자회로 개발 등에 큰 기여 기대

□ 광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 신소재공학부 윤명한 교수팀과 

KAIST(한국과학기술원) 생명화학공학과 김범준 교수 공동연구팀이 세

계 최고 수준의 유기물 혼합형 전도체* 소재를 개발하고, 활성 채널에

서 한 방향으로 정렬된 초고성능 전기화학 트랜지스터 구현에 성공했

다고 밝혔다.

   * 유기물 혼합형 전도체(organic mixed conductor): 전해질 내에서 이온 전도성와 

전기 전도성을 동시에 갖는 유기 재료로서 신경, 심장, 근육 신호 등 물속 이온 

기반의 생체전기신호와 금속전극, 실리콘반도체 등 전자·정공 기반의 고체상 전기

전자신호를 연계할 수 생체이식형 전자소자 활성층으로 활용됨

□ 유기물 혼합형 전도체 기반의 전기화학 소자(유기물 전기화학 트랜지스

터*)는 이온 주입을 통한 신호 증폭, 스위칭이 가능하기 때문에 체내 이

식하여 뇌, 심장, 근육 등 다양한 생체전기신호를 확인할 수 있으며, 인

- 2 -

간의 뇌를 모사한 뉴로모픽 소자로 활용될 수 있어 차세대 바이오 인

터페이스 시스템으로서 각광받고 있다.

  ∘ 반면 무기물 기반 반도체에 비해 전기적 특성이 현저히 떨어지는 유

기 소재는 이들로 구성된 트랜지스터 소자의 증폭·스위칭 특성이 낮

다는 점이 실용화에 걸림돌로 작용해 왔다.

 　* 유기물 전기화학 트랜지스터(organic electrochemical transistor): 전해질 내에

서 구동하는 트랜지스터 중 하나로, 인가된 게이트 전압에 의한 전해질 내 존재

하는 이온과 반도체층과의 전기적·전기화학적 반응을 통해 반도체층의 도핑/탈도

핑을 유도함으로써 전기적 신호를 스위칭 및 증폭하는 소자.

□ 일반적으로 전도성 고분자* 소재의 전하 특성을 향상시키기 위해 분자 

수준에서 미세구조를 조절하는 다양한 구조 제어 공정이 보고되어 왔

지만, 전기화학 트랜지스터의 활성층으로 사용되는 ‘혼합형 전도체’

는 분자 구조상 측쇄의 유연성 및 친수성이 높아 분자간 응집력이 강

해 일반적인 미세구조 제어 공정을 적용해도 별다른 성능 향상을 기대

하기 어려웠다.

  ∘ 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 분자 구조에 적절한 소수성 

및 구조 안정성을 부여할 수 있도록 알킬-에틸렌 글라이콜 하이브리

드 측쇄 구조가 도입된 신규 혼합형 전도체 소재를 개발하고, 미세구

조 제어 공정을 적용해 분자 수준에서 한 방향으로 고도로 정렬된 혼

합형 전도체 박막을 구현함으로써 세계 최고 수준의 전기화학 트랜지

스터 특성 평가지수(> 800 F cm-1V-1s-1)를 갖는 유기물 기반 전기화학 

트랜지스터를 개발하는 데 성공했다.

 　* 전도성 고분자(conductive polymer): 금속 전도체처럼 전기 전도성을 지닌 고분

자. 일반적인 유기 고분자와 달리 금속이나 반도체의 전기적, 자기적 그리고 광학

적 성질을 동시에 갖는 고분자를 의미함.

□ 이번 연구 성과는 유기물 혼합형 전도체의 단점으로 지적받던 낮은 전

- 3 -

기적 성능을 극복하고, 향후 유기물 기반 고성능 뉴로모픽 소자 및 생

체신호 센서 등 고성능 바이오 전자소자 개발에 크게 기여할 것으로 

기대된다. 

□ GIST 윤명한 교수는 “혼합형 전도체의 분자 구조 및 미세구조 제어 

기술을 통해 그동안 단점으로 지적받았던 혼합형 전도체 전하 이동도 

특성을 크게 향상시킬 수 있었다”며 “향후 차세대 체내이식형 전자

소자 및 고성능 뉴로모픽 전자회로 개발에 크게 이바지할 수 있을 것

으로 기대된다”고 말했다.

□ KAIST 김범준 교수는 “이번 연구는 최근 바이오 인터페이스 소자로 

각광받고 있는 유기물 전기화학 트랜지스터의 성능평가 지수를 세계 

최고 수준으로 달성하기 위해 공동연구팀이 제안한 합리적인 분자 설

계 및 합성 전략, 그리고 분자구조 제어공학 기술 등 다양한 분야의 기

술융합을 보여줬다는 데 의의가 있다”고 평가하였다.

□ GIST 윤명한 교수와 KAIST 김범준 교수가 공동교신교수로 주도하고, 

GIST 조일영 박사과정생, KAIST 정다현 박사과정생이 공동으로 수행한 

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받았으며, 재료과학 분야 상위 2% 

논문(IF= 29.4)인 ‘어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)’에 

2023년 11월 21일 온라인 게재됐다.  <끝>

- 4 -

용 어 설 명

1.

유기물 혼합형 전도체 (organic mixed ionic-electronic conductor, OMIEC)

 ○ 전해질 내에서 이온 전도성와 전기 전도성을 동시에 갖는 유기 재료로서, 

신경, 심장, 근육 신호 등 물속 이온 기반의 생체전기신호와 금속전극, 

실리콘반도체 등 전자·정공 기반의 고체상 전기전자신호를 연계할 수 

생체이식형 전자소자 활성층으로 활용됨

2. 유기물 전기화학 트랜지스터(organic electrochemical transistor, OECT)

 ○ 전해질 내에서 구동하는 트랜지스터 중 하나로, 인가된 게이트 전압에 의한 

전해질 내 존재하는 이온과 반도체층과의 전기적·전기화학적 반응을 

통해 반도체층의 도핑/탈도핑을 유도함으로써 전기적 신호를 스위칭 및 

증폭하는 소자.

3. 전도성 고분자(conductive polymer)

 ○ 금속 전도체처럼 전기 전도성을 지닌 고분자. 일반적인 유기 고분자와 달리 

금속이나 반도체의 전기적, 자기적 그리고 광학적 성질을 동시에 갖는 

고분자를 의미.

  

- 5 -

사 진 설 명

[사진1] (왼쪽부터) GIST 윤명한 교수, KAIST 김범준 교수, GIST 조일영 학생, 

KAIST 정다현 학생

- 6 -

그 림 설 명

[그림1] (좌) 본 연구에서 개발된 혼합형 전도체 분자 구조 및 (우) 일반 

코팅(비정렬 필름) 및 미세구조 정렬 기술(단방향 정렬 필름)로 제작한 

필름 형상 및 이에 따른 전하 이동 모식도. 고분자 필름 미세구조의 

정렬도가 높을수록 원활한 전하 이동 특성을 나타낼 수 있음.

[그림2] (좌) 본 연구에서 제작된 전기화학 트랜지스터 소자 구조. (우) 제안된 

정렬 기술로 제작한 유기물 기반 전기화학 트랜지스터의 특성 평가 

그래프. 미세구조 정렬 기술을 통해 기존 재료 대비 월등한 전기화학 

트랜지스터 성능을 구현함.

- 7 -

논문의 주요 정보

1. 논문명, 저자정보

 - 저널명 : Advanced Materials (IF= 29.4 (2022년))

 - 논문명 : High‐Performance Organic Electrochemical Transistors 

Achieved by Optimizing Structural and Energetic Ordering of 

Diketopyrrolopyrrole-based Polymers

 - 저자 정보 : 조일영(공동 제1저자, GIST), 정다현(공동 제1저자, KAIST), 

문이나(공동저자, GIST), 이동찬(공동저자, 울산대), 

이승진(공동저자, 한국화학연구원), 최준규(공동저자, GIST), 

남동현(공동저자, 고려대), 김지환(공동저자, 서울대), 조진한 

(공동저자, 고려대), 조신욱(공동저자, 울산대), 김동유 

(공동저자, GIST), 안형주(공동저자, 포항가속기 연구소), 

김범준(공동 교신저자, KAIST), 윤명한(공동 교신저자, GIST)