휘어지고 늘어나고…입는 컴퓨터 멀지 않다

[사진제공=교육과학기술부]

[아시아경제 정종오 기자]주름진 산화막이 깨지지 않고 최대 20%까지 늘려도 작동할 수 있는 전자소자가 개발될 것으로 보인다. 휘어지고 접을 수 있는 전자소자를 넘어 옷처럼 늘어나는 소자를 구현하기 위해 나노 물질을 이용한 연구가 활발히 진행 중이다. 그래핀과 탄소나노튜브는 우수한 전자 이동 특성과 변형에 견디는 특성이 있지만 절연막으로 사용되는 산화물이 쉽게 깨져 늘어나는 소자를 만드는데 그동안 어려움을 겪었다.

이런 상황에서 국내 연구진이 전사 과정을 통해 만든 주름진 산화막을 늘어나는 절연막 층으로 이용할 수 있음을 밝혀내 투명하고 늘어나는 전자소자를 개발할 수 있는 가능성이 열렸다. IBS(원장 오세정) 나노구조물리연구단 이영희 단장(58세·성균관대 교수) 연구팀이 이뤄낸 성과이다.

탄소원자 단일층의 육각형 벌집구조로 이뤄진 그래핀은 전도성과 전하이동도가 높고 응용 가능성이 많아 '꿈의 신소재'로 불리며 전 세계적으로 활발히 연구되고 있다. 탄소나노튜브는 탄소로 이뤄진 속이 빈 튜브 형태의 지름 2나노미터(㎚·1나노미터는 10억분의 1미터) 이하인 물질로 기존 반도체 재료인 실리콘을 대체할 전자 소자 재료로 꼽힌다.

세계 연구자들은 그래핀과 탄소나노튜브를 합성하는데 성공해 터치스크린, 투명전도전극, 고속전자소자등 다양한 응용소자에 관한 연구를 진행해 오고 있다. 특히 그래핀과 탄소나노튜브의 독특한 특성을 활용해 휘어지는 전자소자에 대한 응용연구가 진행돼왔다. 전도성 물질인 그래핀을 전극으로 이용하고 반도체인 탄소나노튜브를 전자 통로로 이용하면 전기적, 기계적 특성이 우수한 소자를 만들 수 있다.

이영희 단장 연구팀은 주름진 산화막을 이용해 20%까지 늘어나는 투명한 그래핀-탄소나노튜브 전자소자를 개발하는데 성공했다. 이 교수팀은 구리기판 위에 고 유전율 산화막 물질인 알루미나(Al2O3)를 증착시키고 메타크릴 수지(PMMA) 고분자를 코팅 한 후 구리를 녹이는 용액을 이용해 구리기판을 제거했다. 이 과정 중에 알루미나층은 변형력 이완으로 주름진 모양을 가지게 된 것이다.

이영희 교수는 "그래핀과 탄소나노튜브와 같은 꿈의 신소재의 전자소자로의 응용 폭이 대폭 확대됐다"며 "휘어지는 것을 넘어 늘일 수도 있는 투명한 소자와 디스플레이, 접이형 컴퓨터, 의복형 컴퓨터, 피부에 붙이는 센서 등 미래 소자로서의 무한한 활용 가능성을 열었다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@