폴더블 전자소자는 디스플레이 및 센서 등 활용 분야가 넓어 차세대 기술로서 많은 주목을 받고 있다. 폴더블 전자소자를 구현하기 이해서는 소자를 이루는 소재 자체가 굽힘, 접힘과 같은 외부 기계적 자극 하에서도 안정적이어야 하며, 다양한 소자가 다층 구조로 계면을 갖게 되면서 소재 간 계면 접합 또한 고려되어야 한다. 외부 기계적 힘의 방향과 크기에 따라 소재 결함, 계면 결함 모두 유발할 수 있고, 실제 폴더블 전자 소자는 동적인 힘이 작용하기 때문에 안정적인 구동을 위해서는 소재 자체 기계적 안정성과 소재 간 계면 안정성 모두를 고려해야 한다. 그러나 선행 연구는 두 결함을 방지하기 위한 연구 방법론이 구분되어 있고, 적층 구조를 위해 후속 공정을 진행할 때 내화학성에 대한 한계가 존재했다. 이를 보완하기 위해 본 연구에서는 트랜지스터의 모든 소재를 고분자로 구성하고, 상호침투형 네트워크를 도입하여 소재 자체 기계적 안정성, 소재 간 계면 접합력 및 용매에 대한 내화학성을 향상시킬 수 있는 방법론을 제시하고자 한다. 네트워크 형성 과정에서 결정성을 낮추고, 비결정질에서의 응집을 유도하여 소재 자체 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 표면 미반응 Si-OH 기를 통해 박막 간 강한 공유결합을 유도할 수 있다. 이를 기반으로 반복적인 기계적 자극에도 트랜지스터가 안정적으로 구동되는 것을 확인하였다. 단일 층에만 국한된 것이 아니라 트랜지스터를 구성하는 모든 층에 전체적으로 상호침투형 네트워크를 도입하여 하나의 유기 네트워크를 적용한 첫 사례이며, 네트워크 도입에 따른 성능저하를 발견할 수 없어 앞으로 다양한 폴더블 전자소자 응용 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
Foldable electronics are attracting attention in the next generation such as displays and sensors. In general, integrated devices have multi-layered structure consisting of different materials. This indicates mechanical stress can propagate in both bulk and interfacial regions, leading to interfacial delamination and cohesive failure of the bulk. To implement foldable device, it is essential to ensure remarkable mechanical stability at both failure points. Here, we introduce a novel molecular design of deformable-covalently attachable interpenetrating polymer networks (DcA-IPNs). The embedded networks induce short-range order of polymers and can hold strained polymer chains. In addition, unreacted silanol groups of DcA-IPNs in the surface can form covalent bonds between the layers.Based on this, we implement DcA-IPNs-based foldable transistor that exhibits high driving stability against fold-induced stress. We believe our novel approach will provide new insight into foldable electronics.