얇고 휘어지는 절연막 개발…IoT 앞당긴다

카이스트 공동연구팀 내놓아

[아시아경제 정종오 기자] 10나노미터 이하의 얇고 유연하게 휘어지면서 균일한 두께를 유지하는 고분자 절연막이 개발됐다. 사물인터넷(IoT)의 실현을 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

사물인터넷 시대의 핵심인 웨어러블, 플렉서블 기술 촉진을 위해서는 가볍고 전력 소모가 적으면서도 유연성을 가진 소자 제작 기술이 필수적이다. 무기물 소재를 기반으로 한 절연막을 포함한 전자소자 재료들은 유연성이 부족하다. , 고온에서만 공정이 가능해 열에 약한 다른 재료들과 조합이 여의치 않다.

▲얇고 유연하게 휘어지면서 균일한 두께를 유지하는 고분자 절연막.[사진제공=카이스트]

또 용액을 이용해 만든 기존 고분자 소재 절연막은 표면장력에 의한 뭉침 현상으로 균일도에 한계가 있었다. 잔류 불순물로 인해 절연 특성도 좋지 못한 경우가 많았다.

카이스트 공동 연구팀은 이런 문제를 해결할 수 있도록 기체 상태의 반응물을 이용해 고분자를 박막 형태로 합성하는 방법인 '개시제를 이용한 화학 기상 증착법(initiated chemical vapor deposition, 이하 iCVD)'을 사용했다. 액체 대신 기체 상태의 반응물을 이용해 균일도를 높이고 불순물을 최소화함으로써 10nm 이하의 매우 얇은 두께에서도 무기물 기반 소재에 필적하는 절연성을 가지게 됐다.

공동 연구팀은 개발한 절연막을 유기반도체, 그래핀, 산화물반도체와 같은 차세대 반도체를 기반으로 한 트랜지스터에도 적용해 우수한 이동도를 갖는 저전압 트랜지스터를 개발했다. 우수한 유연성을 바탕으로 스티커 필름 형태의 전자 소자를 시연했고 동국대 노용영 교수 연구팀과 협력해 iCVD 고분자 절연막이 대면적 유연 전자소자 기술에 적용할 수 있음을 확인했다.

이 기술은 앞으로 다양한 미래형 전자기기 제작에 핵심 요소소재로 활용되고, 이 분야의 기술경쟁력 우위 확보에도 역할을 할 것으로 기대된다.

이번 연구는 카이스트 생명공학과 임성갑 교수, 전기 및 전자공학과 유승협, 조병진 교수 등이 참여했다. 문한얼, 신우철 박사(전기 및 전자공학과), 성혜정 학생(생명화학공학과) 등도 함께 했다. 재료분야 국제 학술지인 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)' 3월 10일자 온라인 속보판에 게재됐다.

임성갑 교수는 "이번에 iCVD로 구현된 박막의 절연특성은 고분자 박막으로는 구현할 수 없었던 매우 높은 수준"이며 "이번에 개발된 iCVD 고분자 절연막은 플렉서블 전자 소자 등 차세대 전자 기술에 핵심적인 역할을 할 수 있을 것"이라고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr