포항공대 이태우 교수팀 개발…입는 컴퓨터 원천기술 기대
성형·정렬·패터닝 등 동시 가능…최첨단기술 조기상용화 기여 전망

전기장 보조 로봇 프린팅 공정을 통해 대면적의 기판 위에 나노선이 인쇄되는 모습.
전기장 보조 로봇 프린팅 공정을 통해 대면적의 기판 위에 나노선이 인쇄되는 모습.
저비용으로 유연전자 소자 제작을 위한 초고속 나노선 프린팅 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 신기술 개발에 따라 입는 컴퓨터, 접히는 디스플레이 등 최첨단 기술 상용화가 앞당겨질 전망이다.

미래창조과학부에 따르면 이태우 포항공대 신소재공학부 교수팀이 나노선 인쇄와 동시에 성형, 정렬, 패너팅까지 가능한 원스톱 공정 개발에 성공했다. 이 기술은 전기장을 이용하면 고분자 용액이 고물줄처럼 가늘고 길게 떨어지면서 순간적으로 용매가 증발하며 기판 위에 나노선이 형성된다는 사실에 착안한 것이다.

나노선 제조기술은 세계를 변화시킬 10대 신기술의 하나로 평가받고 있지만, 트랜지스터나 메모리와 같은 전자소자로 만들기 위해 넓은 면적에서 나노선의 개별적인 제어가 어렵다는 점이 문제로 지적돼 왔다. 또 비용과 시간이 많이 소요돼 상용화에 한계가 있었다.

하지만 이번에 새로 개발된 기술은 트랜지스터, 전자 회로, 메모리나 화학감지용 센서 등에 활용되는 나노선을 전기장과 로봇공정을 이용해 초당 1m의 속도로 인쇄할 수 있다.

또 나노선을 이용해 수십에서 수백나노미터 크기의 대면적(大面積, large-area) 패터닝에 성공함으로써, 반도체 직접회로 패턴 묘사기술에 사용되던 고가의 전자빔 리소그래피공정을 저비용의 유기 나노 리소그래피 공정으로 대체하는 길을 열었다.

이태우 교수는 "이 기술을 이용해 유기 반도체 나노선 트랜지스터 및 인버터 전자회로를 구현해 향후 전자소재에 활용가능할 것"이라며 "초고속 나노선 프린팅 원천기술을 확보함으로써, 인쇄 전자소자뿐만 아니라 2020년 50조원 규모로 성장할 것으로 예측되는 웨어러블(입는) 컴퓨터, 섬유 전자소자, 휘는 디스플레이 등 유연 전자소자 시장에서 우리나라가 선도적 지위를 확보할 수 있을 것"이라고 의미를 부여했다.

전기장 보조 로봇 프린팅 공정을 통해 제작된 유기 반도체 나노선 트랜지스터.
전기장 보조 로봇 프린팅 공정을 통해 제작된 유기 반도체 나노선 트랜지스터.
이번 연구는 미래부가 추진하는 글로벌프론티어 사업 일환으로 진행됐으며, 연구성과는 재료과학분야 학술지인 ‘Nature Communications’ 최신호(4월 30일자)에 게재됐다.

▲나노선 : 나노미터 수준의 지름과 수 마이크로미터 이상의 길이를 갖는 1차원 형태의 나노 재료. 기존 재료에 비해 뛰어난 전기적 특성과 유연성 등 차세대 전자 소자의 구현을 위한 다양한 이점을 갖고 있다.

▲전자빔 리소그래피 : 가늘게 오므려 조인 전자빔에 의해서 선폭 1㎛ 전후 혹은 그 이하의 미세한 패턴을 정확하게 묘사하는 기술. 반도체 집적회로 제조과정에서 회로 패턴의 기록방식을 일컫는다. 웨이퍼 면에 IC(집적회로)를 만들어 넣기 위한 인쇄 공정의 하나로, 빔을 웨이퍼 면에 선택적으로 조사(照射)하는 것으로, 광 조사 인쇄인 경우와 달리 마스크는 필요 없다.

전기장 보조 로봇 프린팅 공정의 모식도(a). 전기장 보조 로봇 프린팅 공정을 통해 제작된 정렬된 형태의 유기 나노선(b). 전기장 보조 로봇 프린팅 공정을 통해 제작된 유기 나노선의 단면(c). 약 300 nm 의 지름을 가지고 있다.
전기장 보조 로봇 프린팅 공정의 모식도(a). 전기장 보조 로봇 프린팅 공정을 통해 제작된 정렬된 형태의 유기 나노선(b). 전기장 보조 로봇 프린팅 공정을 통해 제작된 유기 나노선의 단면(c). 약 300 nm 의 지름을 가지고 있다.

유기 반도체 나노선을 이용한 대면적 인버터 회로.
유기 반도체 나노선을 이용한 대면적 인버터 회로.
저작권자 © 헬로디디 무단전재 및 재배포 금지