교육과학기술부는 글로벌 프론티어사업의 한밭대학교 노용영 교수 연구팀이 기존의 유연전자소자 제작 공정을 획기적으로 개선할 수 있는 핵심기술을 개발했다고 밝혔다. 

연구팀은 글로벌 프론티어 사업 ‘소프트 일렉트로닉스 연구단’과 삼성디스플레이(주)의 지원으로 노스웨스턴 대학의 백강준 박사(제1저자), 광주과학기술원, 한국전자통신연구원과 공동연구를 수행해왔다.

유연전자소자는 휘어지는 디스플레이나 입을 수 있는 컴퓨터 등 차세대 전자 제품에 활용할 수 있는 핵심부품으로 최근 관심이 집중되고 있는 분야이다.

유연전자소자의 제작은 반도체, 절연체, 전도체 등의 재료를 차례로 인쇄하는 공정을 거치게 되는데 우수한 성능의 구현을 위해 복잡하고 높은 해상도의 인쇄 및 코팅 과정을 거쳐야 한다는 점이 극복해야 할 과제로 주목받고 있다.

전자회로(CMOS)를 구성하는 반도체는 P형 반도체와 N형 반도체로 구분되는데, 이들 반도체 층을 각각 복잡한 공정을 통해서 패터닝 해야 한다.(패터닝 : 특정 재료를 원하는 부분에만 형성시키는 공정)

따라서 최근에는 이러한 패터닝 공정 없이 간단하게 전자회로를 구성하기 위해 P형 반도체 및 N형 반도체의 특성을 모두 갖는 고분자 화합물을 활용한 양친성 반도체가 대안으로 주목받고 있다.

그런데, 양친성 반도체를 활용하는 경우에도 소자에서 신호를 전달하는 전자와 정공의 이동도가 불균일하고 동일한 성능을 보여주지 않아서 제품의 상용화를 위해 새로운 기술의 개발이 필수적이다.

이번에 연구팀은 양친성 반도체의 특성을 제어할 수 있는 고분자 물질(P(VDF-Tree))과 기존의 일반 절연체 재료의 혼합물로 전자회로의 게이트 절연막을 형성하여 높은 정공 이동도와 낮은 구동전압을 갖는 유연전자회로를 구현하는데 성공하였다.

이번에 개발한 절연체를 이용하면 복잡하고 고가의 장비가 요구되는 다수의 패터닝 공정 없이 단 한 번의 코팅 공정을 통해 회로를 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 성능이 최고 100배 정도 향상되고 구동전압도 5V 이내로 구현이 가능한 것으로 확인되었다. 

노용영 교수는 “이번 연구는 유연전자소자를 생산하는 복잡한 Roll-to-Roll 연속 공정의 어려움과 고비용 문제를 근본적으로 해결한 것으로 향후 인쇄전자소자의 대량생산에 새로운 가능성을 열었다”고 연구의의를 밝혔다.

'Roll-to-roll' 연속공정은 신문을 인쇄하듯이 두루마리처럼 말린 플라스틱 기판을 계속공급하면서 그 위에 다양한 전자소재 패턴을 연속적으로 만드는 공정이다.

이번 연구결과는 그 우수성을 인정받아서 재료분야의 세계 최고 권위지인 “Advanced Materials”에 10월 23일 내부 표지논문으로 게재되었으며 관련 기술은 삼성디스플레이와 공동으로 국내ㆍ외 특허를 출원하였다.

 <기사출처 | 교육과학기술부 보도자료>