[과학을 읽다]실 트랜지스터 구현…웨어러블 앞당겨

국내 연구팀, 관련 기술 내놓아

▲국내 연구팀이 실 형태의 트랜지스터를 개발해 웨어러블 시대를 앞당겼다.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 실 형태의 트랜지스터 구현이 가능하게 됐습니다. 직물과 의류 일체형 웨어러블 전자소자를 위한 섬유형 트랜지스터가 개발됐습니다.

웨어러블 전자소자가 최근 새로운 흐름을 만들고 있습니다. 옷과 같은 섬유에 전자소자의 기능이 결합된 전자섬유(electronic textile)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있죠. 웨어러블 스마트 의류는 앞으로 시장을 주도할 것으로 예상됩니다. 섬유는 유연하고 편안하기 때문에 사람이 하루 종일 입고 다녀도 피로감을 덜 느껴야 합니다.

기존의 웨어러블 기술은 옷감 위에 딱딱한 고체 전자소자 또는 센서 등을 단순히 붙이거나 전도성 섬유를 이용해 소자들 사이를 연결하는 형태에 머물러 있었습니다. 편안함을 기대할 수 없는 단계이죠. 이를 극복하기 위해서는 전자소자 자체가 섬유의 특성을 유지할 수 있는 실 형태의 옷감에 삽입될 수 있어야 합니다.

다양한 전자소자 중에서 트랜지스터는 센서, 디스플레이 등 전자소자 구동에 있어 기본이 되는 스위칭 소자입니다. 섬유형 전자소자 구현에 있어 필수 부품입니다. 반도체와 절연막, 전도성 전극의 복잡한 다층구조로 이뤄져 있어 섬유형태로 구현하는데 어려움이 많습니다. 기존에 보고된 섬유형 트랜지스터는 절연막과 반도체 사이의 계면접착력이 좋지 않아 외부 변형에 소자 성능이 나빠지는 단점이 있습니다.

국내 연구팀이 전도성 실위에 한번 코팅으로 절연막과 반도체 막을 동시에 형성할 수 있는 기술을 개발했습니다. 실 형태의 전계효과 트랜지스터를 구현하는데 성공한 것이죠. 연구팀은 용액공정이 가능한 유기반도체와 절연체 고분자의 혼합물(블렌드) 용액을 전도성 실 표면에 한번 코팅했습니다. 혼합물(블렌드)에서 자발적으로 상분리를 일으켜 유기반도체가 실 가장 바깥쪽 표면에 막을 형성하고 그 안쪽에는 절연체 막이 형성돼 절연막·반도체 이중층으로 감싸진 전도성 섬유 구조체를 제작하는데 성공했습니다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전소재연구단(단장 이전국) 임정아 박사팀이 이번 연구를 수행했습니다. 김혜민 석사과정생 연구원도 함께 했습니다. 임정아 박사팀이 개발한 절연막·반도체 이중층 기반 전도성 섬유 구조체는 절연막·반도체 층의 계면접착성이 우수해 소자를 3mm 까지 접은 후에도 소자의 성능이 80% 이상 유지되는 특성을 밝혀냈습니다.

이번 연구를 응용하면 직조 가능한 섬유형 트랜지스터로써 기존의 평면상에 제작한 유기반도체 트랜지스터와 유사한 특성과 성능을 구현할 수 있습니다. 차세대 웨어러블 컴퓨터, 인체신호 모니터링 기능을 가지는 스마트 의류 등 한층 똑똑해진 차세대 웨어러블 제품을 개발하는데 응용 가능할 것으로 기대됩니다.

연구 결과는 2월19일자 Advanced Functional Materials 온라인 판((논문명: Metal-Insulator-Semiconductor Coaxial Microfibers Based on Self-Organization of Organic Semiconductor: Polymer Blend for Weavable Fibriform Organic Field-Effect Transistors)에 실렸습니다.