[파이낸셜뉴스] 경북대 연구팀이 큐에스아이와 공동 연구를 통해 개발한 반도체 전자소자가 세계 최고 수준의 주파수 특성을 갖는 것으로 알려지면서 증시 영향력을 확대하고 있다. 24일 오후 1시 49분 현재 큐에스아이는 전 거래일 대비 13.79% 오른 1만560원에 거래되고 있다. 경북대 전자공학부 김대현 교수팀은 극저온(4K) 환경에서 세계 최고 수준의 저전력, 저잡음 주파수 특성을 갖는 '인듐갈륨비소 물질 기반의 고전자 이동도 트랜지스터 (High-Electron-Mobility Transistors, HEMTs)' 반도체 전자소자를 개발했다고 이날 밝혔다. 이번 연구 결과는 지난 20일 미국 하와이주 호놀룰루에서 열린 'VLSI 심포지엄'에서 공개됐다. VLSI 학회는 세계 3대 반도체 학회 중 하나다. 경북대 김대현 교수와 유지훈 박사과정생이 큐에스아이와 공동 연구를 통해 개발한 반도체 전자소자는 극저온 환경인 4K온도에서 동작 속도를 결정하는 차단 주파수(fT)가 662GHz, 동작 주파수 대역을 결정하는 최대 공진 주파수(fmax)가 653GHz로 나타났다. 이는 기존 발표된 차단 주파수(fT) 601GHz와 최대 공진 주파수(fmax)가 593GHz을 뛰어넘는 성과로 현재까지 발표된 극저온 반도체 소자들 중에서 가장 높은 주파수 특성을 가진다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 첨단소재기술연구본부 강종윤 본부장과 전자재료연구센터 윤정호 박사팀이 인공피부나 휴머노이드 로봇에 필요한 고통을 느끼는 반도체 전자소자를 개발했다. 이 전자소자는 사람 피부처럼 약한 자극에 쉽게 적응하고 위험한 자극에는 고통으로 인식한다. 13일 KIST에 따르면, 이 전자소자는 인간의 신경세포와 피부처럼 약한 자극에는 점차 무뎌지게 된다. 또한 일정 이상의 강한 자극은 위험신호로 전해지게 된다. 윤정호 박사는 "이 기술을 통해 인공 피부나 인공 장기, 휴머노이드 로봇 발전에 크게 기여할 것"이라고 말했다. 우리 피부는 계속되는 약한 자극엔 쉽게 적응하지만, 강하고 위험한 자극에는 피부 조직의 손상을 피하기 위해 고통을 느끼게 된다. 이 특성은 우리 몸을 외부의 환경에 쉽게 적응할 수 있도록 도와주고, 위험한 상황으로부터 스스로 보호할 수 있도록 한다. 연구진이 개발한 전자소자는 은 입자의 양을 조절해 외부 자극 정도에 따라 뇌에 전달하는 생체 신호의 강도를 조절할 수 있다. 은 입자는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 성질을 가진다. 적은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 나노 크기 실선 형태의 약한 필라멘트가 형성된다. 마치 백열전구의 필라멘트처럼 발열이 발생해 전기 회로가 끊어진다. 이 특성을 기반으로 반복되는 외부의 약한 자극은 시간이 지남에 따라 흐르는 전류의 양을 줄여 추가 신호를 발생하지 않도록 할 수 있다. 반면, 많은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 두껍고 강한 필라멘트에 의해 전기 회로가 만들어지고, 열이 발생해도 쉽게 끊어지지 않는다. 이 원리를 이용해 강한 자극이 가해질 때는 지속해서 고통을 느낄 수 있도록 신호를 발생시키는 것이다. 강종윤 본부장은 "이 전자소자가 단순히 고통을 모방하는 특성을 넘어, 인체에 무해한 약한 자극에는 고통을 느끼지 않도록 쉽게 적응하고 인체에 유해한 강한 자극에는 고통을 느낄 수 있도록 한 것에 의의가 있다"고 말했다. 이번 연구결관는 재료과학 분야 국제 학술지 '어드벤스드 사이언스(Advanced Science)' 최신호에 표지논문으로 선정됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 플렉시블 조명이나 디스플레이, 태양 전지, 스마트 윈도우, 투명 발열체 등에 활용 가능한 유연 투명 전극을 비롯해 다양한 유연 신축 전자 부품 소자를 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 또한 이 기술로 제작한 발열 필름은 구기거나 접고 세탁을 해도 기존 성능이 그대로 유지된다. 기계연구원 인쇄전자연구실 우규희 박사 연구팀은 전자부품 소자에 대면적 광원을 수㎳(1000분의 1초) 이내의 아주 짧은 시간 쪼여 열적인 손상을 최소화하면서 유연하고, 신축성 있는 전자 부품 소자를 만들 수 있는 생산 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 기계연구원은 현재 한국산업기술평가관리원의 '우수기술연구센터(ATC)' 지원 사업을 통해 국내 롤투롤 시스템 장비 업체와 상용화를 위한 후속 연구를 진행 중이다. 대면적 광을 이용하면 나노와이어나 그물망처럼 구멍이 촘촘하게 뚫려 있는 메시(mesh)타입의 유연성이 뛰어난 투명전극 패턴 필름을 비롯해 외부 압력이나 움직임을 감지할 수 있는 고감도 신축성 스트레인 센서 같은 전자 부품 소자를 훨씬 단시간에, 효과적으로 제작할 수 있다. 연구팀은 테스트를 위해 100회 세탁을 반복한 뒤에도 발열 필름의 발열 성능이 안정적으로 유지되는 것을 확인했다. 특히, 전도성 나노 재료의 고속 열처리와 동시에 패터닝까지 진행할 수 있어 생산 공정을 단순화할 수 있고 롤투롤과 연계하면 초당 수백~수천㎠ 이상까지도 대면적 고속 생산이 가능하다는 것이 큰 장점이다. 인쇄전자연구실 우규희 선임연구원은 "대면적 광 공정 기술은 유연하고 신축성 있는 전자 부품 소자 제작시 발생되는 폴리머 기재의 열적 변형과 손상을 최소화하면서, 대량, 고속 생산하는 데 적합한 기술"이라고 말했다. 지금까지는 패터닝을 위해서 포토리소그래피나 스탬프를 이용한 전사, 레이저를 이용한 가공 등이 주로 이용돼왔다. 하지만 공정이 복잡하고 공정 시간 단축과 대면적화에 한계가 있었다. 연구팀은 또 신축성 있는 고무와 같은 투명한 수지와 금속 나노 입자로 이뤄진 복합 재료에 대면적 광원을 쪼여 신축성 전도체를 만드는 데도 성공했다. 수지 속 금속 물질에만 높은 열을 순간 유도해 높은 전도도를 갖는 신축 전도체를 만드는 기술이다. 이 기술을 이용하면 기계적 변형에 따라 저항 변화가 커 민감도가 훨씬 좋은 신축성 스트레인 센서를 만들 수 있다. 지금까지는 복합 재료 내의 금속 나노 입자의 소결을 유도해 전도도를 향상시키는 과정에서 수지가 고온에 함께 노출돼 균열이 생기고 신축성이 감소하는 문제가 있었다. 한편, 이번 연구는 한국기계연구원 주요사업과 한국연구재단의 '신진연구자지원사업'의 지원을 받아 수행됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

소멸시점이 조절가능한 전자소자가 개발됐다.  최성진 국민대 교수, 세종대 김성호 교수 연구팀이 3D 프린터를 이용, 소멸 및 분해 시간을 정확히 조절할 수 있는 반도체 소자를 개발하는 데 성공했다고 한국연구재단이 20일 밝혔다.  반도체 소자는 과거에는 보다 오랫동안 사용될 수 있도록 개발됐는데, 최근에는 일정시간 안정적으로 동작한 후에 완전히 소멸 및 분해되도록 연구되고 있다.  이같은 ‘사라지는 전자소자’는 인체 삽입형 의료기기, 일회용품, 보안용 전자제품 등 여러 분야에 적용될 것으로 기대되고 있다.  연구팀은 사용자가 원하는 시점에 완전히 소멸 및 분해될 수 있도록 전자소자를 제작하는 방법을 개발, 사라지는 전자소자의 실제 상용화에 크게 기여했다.  연구팀은 3D 프린터를 이용해 물에 잘 녹는 폴리비닐알코올(PVA)*을 전자소자의 기판으로 출력하고, 그 위에 반도체성 탄소나노튜브로 이루어진 전자소자를 제작했다. 폴리비닐알코올 기판이 물에 녹으면 전자소자로서의 기능이 상실되고 손쉽게 소멸된다.  특히 기판의 밀도와 크기를 3D 프린터로 높여주면 전자소자가 소멸되기까지의 시간이 길어지므로, 손쉽고 정확하게 분해 시점을 조절할 수 있다.  최성진 교수는 “이 연구는 3D프린트를 이용해 사용자의 의도에 따라 소멸 및 분해시점이 조절되는 전자소자를 개발한 것”이라며 “회수가 필요하지 않은 의료용, 일회용 및 보안용 전자기기 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.   seokjang@fnnews.com 조석장 기자

성균관대 백승현 기계공학부 교수팀과 김덕종 한국기계연구원 책임연구원 팀은 13일 높은 열전도도를 가지는 열계면물질을 개발했다고 밝혔다. 스마트폰, 태블릿 PC 등 전자기기가 소형화되고 전자소자들이 집적화 됨에 따라 전자소자의 성능 및 신뢰성을 극대화하기 위한 전자소자 냉각이 큰 이슈가 되고 있다. 열계면물질은 열을 발생시키는 소자와 열을 외부로 방출하는 히트싱크 사이에 적용돼 소자가 효과적으로 냉각되도록 하는 역할을 한다. 탄소나노튜브는 높은 열전도도로 많은 관심을 받아왔다. 하지만 각각의 나노튜브의 높은 열전도도가 폴리머와 혼합되면 전체 복합재료에서 구현이 잘 안되는 어려움이 있었다. 연구진은 탄소나노튜브를 은나노입자로 기능화하고 이를 실버-에폭시에 소량 첨가하여 160 W/mK의 높은 열전도도를 달성했다. 또 컴퓨터 CPU와 히트싱크 사이에 적용하여 효과적으로 전자소자를 냉각시키는데 사용될 수 있음을 확인했다. 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)'온라인판에 최근 발표됐다. cynical73@fnnews.com 김병덕 기자

UNIST 공동 연구팀이 '하이브리드 투명 전자 소자' 제조 기술개발에 성공했다.(좌측부터 박장웅 교수, 김성원 연구원, 김주희 연구원(제1저자), 변영재 교수, 김국주 박사, 홍성유 교수) 배터리 없이 작동하는 '무선 스마트 센서(wireless smart sensor)'가 울산과학기술대학(UNIST) 연구팀에 의해 개발됐다. 이 센서를 피부나 장기 등에 스티커처럼 붙이면 생체물질의 변화를 실시간으로 감지할 수 있어 언제 어디서나 건강을 진단하고 전송할 기반 기술이 마련된 것이다. 22일 UNIST(총장 조무제)에 따르면 박장웅 신소재공학부 교수와 홍성유 화학공학부 교수, 변영재 전지전자컴퓨터공학부 교수 공동 연구팀이 '하이브리드 투명 전자 소자' 제조 기술을 개발해 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 22일자 온라인판에 논문명 'Highly Transparent and Stretchable Field-Effect Transistor Sensors Using Graphene-Nanowire Hybrid Nanostructures'로 게재했다. 공동 연구팀은 이 기술로 투명하고 자유롭게 변형되며 스티커처럼 붙일 수 있는 '무선 스마트 센서'를 구현했다. 이번에 개발한 기술에는 그래핀과 금속 나노와이어를 결합한 '하이브리드 투명 전자 소자'가 활용됐다. 이 소자는 투명한데다 반으로 접거나 잡아당겨도 전기적 특성이 유지된다. 이를 활용해 구현한 무선 스마트 센서는 사람 피부 등 여러 표면에 붙여 실시간으로 단백질 같은 생체물질의 변화를 감지할 수 있다. 이 센서를 손등에 붙여 변형이 일어나도 단백질을 감지하는 데 지장이 없었으며 공기 중에 장시간 노출시키거나 열을 가해도 산화되지 않았고, 우수한 유연성과 신축성을 유지했다. 이 센서는 내장된 안테나로 생체물질의 변화를 무선으로 전달한다. 오른쪽 사진은 금속 나노와이어 하이브리드 구조를 이용해 제작한 투명한 웨어러블 무선 스마트 센서가 손등에 부착된 모습이다. 이 센서는 오른쪽에 보이는 것처럼 손등에 붙여도 보이지 않을 정도로 투명하며, 잡아당기거나 구겨도 전기적 특성이 유지된다. 왼쪽 위 그림의 Con-A는 이번 실험에서 활용한 단백질의 이름으로 그래핀이 Con-A 단백질을 감지하면 저항이 달라지고, 이 정보를 안테나를 통해 전달하게 된다. 정보 송·수신에 필요한 전력은 송신 안테나 쪽에서 공급하므로 센서 자체에 배터리가 필요하지 않다는 것도 특징이다. 참고로 안테나는 공기 중에 신호를 뿌리고 받으면서 정보를 전하는데, 여기에 송신 안테나가 전파를 쏘면 수신 안테나가 받고 반사하는 원리가 활용된다. 제1저자로 이번 연구를 진행한 김주희 신소재공학부 석·박사통합과정 연구원은 "그래핀이 단백질을 감지하면 저항이 변하고, 이 정보를 담은 신호가 수신 안테나를 통해 공기 중에 뿌려 진다"며 "송신 안테나가 전파를 쏘고 잡는 역할을 하므로 수신 안테나가 장착된 스마트 센서에는 배터리가 필요 없다"고 설명했다. 김 연구원은 이어 "만약 송신 안테나를 휴대폰에 내장하게 되면 휴대폰 배터리를 이용해 전파를 쏘고 잡을 수 있다"고 덧붙였다. 박장웅 교수는 "이번 연구로 스마트 센서가 실용화되는 데 어려움으로 꼽혔던 배터리 문제를 해결했다"며 "투명 웨어러블 무선 스마트 센서를 구현할 방법을 제시해 차세대 웨어러블 전자 소자 개발에 한 걸음 더 내딛게 됐다"고 말했다. kky060@fnnews.com 김기열 기자

카이스트 기계항공시스템공학부 오일권 교수 국내 연구진이 완전 유기분자로 구성된 인공근육을 개발했다. 이에 따라 최근 다양한 형태로 개발되고 있는 웨어러블 디바이스에 적용할 수 있는 유연한 전자소자 개발에 탄력이 붙을 것으로 전망된다. 미래창조과학부는 카이스트 기계항공시스템공학부 오일권 교수 연구팀과 전남대 기계공학과 기창두 교수가 딱딱한 금속전극 대신 유연한 전도성 고분자 전극을 적용해 유연한 인공근육을 개발했다고 6일 밝혔다. 유기고분자는 탄소를 포함하는 가볍고 유연한 고분자 재료로, 이를 적용한 전자소자는 충격에 강하고 종이처럼 얇고 유연한데다 제작공정이 간단하다는 특장점이 있다. 인공근육이란 전기에너지를 운동에너지로 변환시켜 실제 근육의 움직임과 유사하게 원하는 움직임을 만드는 구동기(액추에이터)를 말한다. 연구팀에 따르면 기존 인공근육용 이온성 고분자 액추에이터는 이온이 이동하는 내부 나노채널의 크기나 형상을 제어하기 어려워 성능향상이 어려울 뿐 아니라 딱딱한 금속전극을 사용해 유연성에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 3차원 채널형태로 조립되는 이온성 고분자에서 나아가 금속전극 대신 유연한 전도성 고분자 전극을 적용, 완전 유기고분자로 된 유연한 인공근육을 만드는데 성공했다. 이번에 개발된 인공근육은 기존 대비 2.7배 이상의 이온전도도와 3배 이상의 큰 굽힘 성능을 나타내 집적화나 저전력화에 유리하다. 연구팀은 "자기조립성 유기고분자가 이온이 이동할 수 있는 통로를 그물처럼 촘촘히 만들어 이온들이 내부에서 쉽게 이동할 수 있게 된 것"이라며 "아울러 용액공정으로 전도성 고분자 전극을 쉽고 빠르게 만들 수 있어 기존 금속전극의 경직성을 극복하는 한편 경제성도 높일 수 있다"고 설명했다. 한편, 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(핵심)의 지원으로 수행됐으며 연구결과는 재료분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스' 온라인판 7월 25일자에 게재됐다. bbrex@fnnews.com 김혜민 기자

소프트전자소자용 잉크젯 프린팅 공정기술 국내 연구진이 초소형 우물 패턴기법을 고안해 휘어지는 소프트 전자소자용 '신개념 잉크젯 프린팅 공정기술'을 처음으로 개발했다. 따라서 간결한 공법으로 제조 시간과 공정 비용을 크게 절감하면서 '입는 컴퓨터, 유연한 디스플레이, 일회용 전자소자 등의 상용화를 앞당길 수 있게 됐다. 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업 '나노기반소프트일렉트로닉스연구단'의 조길원 교수 (포스텍 화학공학과)의 지도아래 곽동훈 박사 와 건국대학교 유기나노시스템공학과 이위형 교수가 연구에 참여했다. 연구결과는 재료과학분야의 세계적 학술지인 어드밴스드 펑셔널 매터리얼(Advanced Functional Materials) 최신호(11월 13일자) 표지논문으로 게재됐다. 잉크젯 프린팅은 유기 반도체 잉크를 이용한 차세대 소프트 전자소자를 값싸게 제조할 수 있는 핵심 공정이다. 연구팀은 유기용매를 고분자 기판에 잉크젯해 마이크론 크기의 우물 모양 패턴 어레이를 손쉽게 제조하고, 이를 뱅크로 이용해 잉크젯 프린팅 공정의 정밀도를 높이는데 성공했다. 개발된 기술은 용매 방울이 고분자 박막을 녹일 때 우물모양의 마이크로 패턴을 만든다는 점에 착안해 고안됐다. 또한, 초소형 우물에 가두어진 유기반도체 잉크는 건조 과정에서 결정화가 극대화되어 우수한 특성을 나타냈다. 이 기술을 이용하면 기존 포토리소그래피 방법 대비 소모되는 공정 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있을 전망이다. hwyang@fnnews.com 양형욱 기자

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. 박지현 기자

(왼쪽 아래) 전사인쇄가 가능한 산화아연 박막 트랜지스터 (가운데 위) 홀 근처에 고분자 잔여물이 남아 있음을 보여주는 주사전자 현미경 단면 (오른쪽 아래) 제작한 소자를 스티커에 전사인쇄한 모습 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