성균관대 강보석 교수팀, 대면적 반도체 나노박막 제조 신기술 개발 … 제조시간·비용 대폭 단축

성균관대학교는 나노공학과 강보석 교수 연구팀이 넓은 면적의 반도체 나노박막 제조를 위한 신기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

신제조공법은 기존 공정보다 제조 시간과 비용을 대폭 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

고성능 반도체 나노박막 기술은 웨어러블 디바이스(착용 기기), 유연 센서, 전자 피부 등 다양한 차세대 전자소자 구현의 핵심기술로 손꼽힌다. 그러나 대면적 나노박막 제조를 위한 기존 기상화학증착법은 복잡하고 긴 공정 과정과 높은 비용으로 말미암아 유연 전자제품 단가 상승의 원인으로 지적됐다.

연구팀은 새로운 반도체 나노박막 합성·증착 일체형 공정인 '원격 ADC(교류·직류 전압을 중첩한 전원)-양극성 전기중합법'을 개발해 문제 해결의 실마리를 제시했다.

새로 개발된 기술은 ADC 양극성 전기화학 원리를 기반으로 한다. 이중 양극성 전극을 도입함으로써 반도체층을 임의의 비전도성 기재 위에 수평으로 성장시킬 수 있다. 또한 기존 전기중합법의 개별 외부회로 연결 이슈 없이 원격으로 박막 성장 제어가 가능하다.

연구팀은 2인치 크기의 다양한 기재 위에 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 반도체 나노박막을 단 수 분 내에 빠르게 성장시키는 데 성공했다. 또 제작된 박막의 전기전도도와 분자배향 분석을 통해 유연전자소자 구현에 유리한 비등방적 전하수송특성을 증명했다.

연구팀은 해당 기술의 유용성을 입증하기 위해 유연 열전도대·가스센서를 제작했다. 반도체 나노박막이 사용된 열전도대를 통해 뇌 온도 모니터링이 가능함을 보였다. 이를 통해 신경 온도계·웨어러블 센서 등 다양한 유연 생체소자와 센서 분야의 응용 가능성을 확인했다.

강 교수는 "이번 연구를 통해 유연전자소자용 대면적 반도체 나노박막을 빠르고 값싸게 대량 생산할 수 있는 제조 기술을 개발했다"며 "특히 유연성과 생체적합성이 요구되는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기반 차세대 인공지능(AI)·사물인터넷(IoT) 응용 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 권위지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 표지논문으로 선정됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐다.