표준연, '플렉서블 스마트기기 핵심소자' 가격↓성능↑

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한국표준과학연구원(원장 박현민)이 플렉서블 스마트기기 핵심소자인 유기 트랜지스터를 수직으로 쌓는 방법을 개발, 성능을 향상시키는데 성공했다. 스마트기기 정보처리 성능을 크게 높이는 기반을 마련했다.

표준연은 임경근 소재융합측정연구소 선임연구원팀이 독일 드레스덴공대, 홍콩 중문대 공동연구팀과 함께 간단한 전기화학 공정만으로 유기 트랜지스터를 수직으로 쌓는데 성공했다고 23일 밝혔다.

임경근 선임연구원이 개발 기술을 활용해 수직으로 쌓은 고성능 유기 트랜지스터를 선보이고 있다.
<임경근 선임연구원이 개발 기술을 활용해 수직으로 쌓은 고성능 유기 트랜지스터를 선보이고 있다.>

현재 스마트기기는 유연성에 특화 돼 있다. 접거나, 늘이거나, 말아 사용하는 제품들이 나온다. 당연히 기기 내 탑재되는 반도체 소자, 배터리 등 모든 부품도 유연해야 한다.

특히 정보 처리·저장 반도체 소자인 트랜지스터가 중요하다. 디스플레이의 반응 속도, 컴퓨터 처리 속도, 데이터 저장장치 용량, 전력 소모량 등을 결정한다. 이 때문에 값싸고 유연하면서 성능 높은 트랜지스터 개발이 필요하다.

기존 유기 트랜지스터는 가볍고 유연하며, 소재 가격도 저렴해 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 무기 반도체보다 구동 전력이 크고 반응시간이 느렸다. 무기 반도체에 쓰는 포토리소그래피, 관통전극 등 기술도 적용하기 어려웠다.

연구팀은 산업 현장에 사용되는 전기화학적 공정인 아노다이징에 주목했다. 아노다이징은 수용액에 알루미늄 전극 패턴이 포함된 소자를 담그고 전압을 가해, 전극 표면에 산화알루미늄 산화막을 생성하는 공정이다. 이를 전계효과 트랜지스터(FET)에 응용해 화학반응으로 미세 구조체를 아래에서부터 쌓는 데 성공했다.

아노다이징이 적용된 유기 수직구조 전계효과 트랜지스터
<아노다이징이 적용된 유기 수직구조 전계효과 트랜지스터>

이 방식을 쓰면 전기화학 처리만으로 나노미터(㎚) 간격으로 배열한 반도체 소자 전극을 손쉽게 제작하고, 전자 흐름을 효과적으로 제어할 수 있다. 수직구조 트랜지스터 성능을 극대화할 수 있다.

연구팀은 기존 수평 방식의 유기 트랜지스터보다 최대 구동 속도 100배, 구동 최대 전류는 1만배 증가시켰다고 설명했다. 구동 전압은 3분의 1로 줄었다. 유기 반도체 종류에 상관없이 균일한 결과를 얻었다.

임경근 선임연구원은 “이번 기술은 궁극적으로 형태가 자유롭게 변하는 디스플레이, 센서, 반도체 소자와 같은 차세대 스마트기기의 개발 시기를 앞당길 것”이라고 밝혔다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com