국내 연구진이 어디든 쉽게 붙였다 떼었다 할 수 있는 스티커형 전자소자를 개발했다. 이를 이용해 종이나 피부, 요철이 있는 곡면에도 전자소자를 스티커처럼 붙일 수 있어 탈부착형 디스플레이와 태양전지, 배터리, 의료 및 환경 모니터링 센서 등에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
교육과학기술부와 한국연구재단은 광주과학기술원(GIST) 고흥조 교수 연구팀이 두껍고 딱딱한 전자회로 기판을 머리카락 굵기의 10분의 1에 해당하는 초박막 기판으로 대체해 전자소자의 유연성을 높이고 전자소자를 원하는 곳에 자유롭게 붙였다 떼었다 할 수 있도록 스티커에 인쇄하는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
초박막 기판의 소자제작은 보조기판에 소자를 제작하고 스티커 등으로 옮겨 찍어 원하는 곳에 붙일 수 있는 전사인쇄방식을 통해 제작해왔다. 이 때 초박막 기판과 보조기판 사이에 높은 접착력이 요구되는 반면, 뒤이은 전사과정에서는 낮은 접착력이 필요해 보조기판과의 접착력 조절여부가 소자제작 성공의 핵심이었다. 하지만 일반 보조 기판을 이용해 접착력을 조절하려는 기존 연구는 전사인쇄 과정에서 접착력을 잃어버려 소자의 정렬도를 유지하기 힘든 한계가 있었다.
고흥조 교수 연구팀은 에폭시 소재의 초박막 고분자 'SU-8' 기판 위에 산화아연(ZnO) 박막트랜지스터를 제작하고 이를 플라스틱이나 종이, 스티커, 볼펜 등에 100% 전사인쇄해 소자의 성공적인 작동을 확인했다. 특히 초박막 고분자 기판 위에 '물에 녹는 희생층(water soluble sacrificial layer)'을 도입해 보조기판과의 접착력 조절에 성공했다.
연구팀은 '비가 온 후 하수구에 흙이나 낙엽들이 몰리는 현상'에 착안해 요철 구조를 갖는 기판 위에 고분자 희생층을 코팅하고 소자제작시 희생층이 강한 접착력으로 초박막 기판을 붙잡아 주게 했다. 또 전사인쇄시에는 희생층이 물에 녹아 대부분이 없어지게 한 뒤 건조과정에서 잔여물이 요철 구조 주위에 몰려서 접착력이 떨어질 수 있게 유도했다.
한편, 연구팀이 이번에 개발한 기술은 기판의 뛰어난 유연성으로 인해 롤에 기판을 감았다 풀 수 있어 차세대 디스플레이 프린팅 기술인 '롤투롤 공정' 등에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
고흥조 교수는 "이 연구는 직접적으로 공정할 수 없는 곳에서도 심미성을 유지하면서 전자소자 기능을 부여할 수 있어 스티커형 디스플레이, 에너지 전환 소자, 의료 및 환경 모니터링 센서 등에 적용할 수 있다"고 말했다.
jhpark@fnnews.com 박지현 기자
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