반도체 재료의 가장 큰 화두는 집적화다. 제한된 공간 안에 최대한 많은 소자를 집어넣을수록 반도체의 성능이 높아진다. 이를 구현할 수 있는 기술개발을 위해 전 세계 기업이 뛰어들고 있다. 그러나 반도체의 선폭을 줄이는 기술은 물리적 한계에 부딪혀 더 나아가지 못하고 있다. 새로운 기술개발이 요구되는 이유다.

화학공학과 정대성 교수가 이끄는 고분자 전자재료 연구실은 전자재료를 설계하고 합성해 응용하는 분야를 찾아 세상에 선보이는 연구를 수행하고 있다. 최근에는 반도체의 집적도를 소재 차원에서 극대화할 수 있는 연구에 집중하고 있다. 바로 하나의 반도체가 여러 임무를 수행할 수 있도록 하는 지능형 반도체다. 반도체가 두 얼굴을 가진 로마의 신 ‘야누스’처럼 센서 역할을 하다가도 상황에 따라 트랜지스터 역할을 할 수 있다면 두 소자를 한 공간에 넣을 수 있어 집적도를 획기적으로 높일 수 있다.

연구실은 반도체에 분자 스위치를 삽입해 주변 환경을 인식하는 기술개발에 주력하고 있다. 분자 스위치가 주변 환경의 변화를 인식하면 에너지 준위나 형태 등이 바뀌고 반도체의 특성 또한 바꾸게 된다. 이를 반도체 내에 안정적으로 넣을 수 있다면 반도체가 주변 환경에 따라 다른 특성을 보이게 된다.

대표적인 성과가 주변 환경의 밝기를 인식하는 지능형 반도체다. 최근 카메라에 주로 쓰이는 유기이미지센서는 집적도를 높일 수 있지만 높은 광량을 받아들이지 못하는 한계가 있다. 연구실은 처음에는 광반도체인 포토다이오드였다가 광량이 충분히 세지면 복사기에 쓰는 밝은 빛을 읽어내는 소자로 변하는 기술을 개발했다. 이 기술은 미국에 특허로 등록돼 산업 전반에 쓰일 수 있을 것으로 기대를 모은다.

연구팀은 필요에 따라 원하는 기능을 발휘하는 궁극의 지능형 반도체를 개발하는 것을 목표로 삼고 있다. 반도체에 다양한 분자 스위치를 집어넣어서 어떤 때는 반도체였다가 센서로 변하거나, 에너지 소자로 변하기도 하는 기술이다. 빛뿐 아니라 온도나 습도와 같은 다양한 자극에 대해서도 수차례 변신할 수 있는 궁극의 반도체 기술이 반도체 소재 기술의 끝에 있다는 것이다.