[과학을 읽다]값싸고 쉽게 전자소자 만든다

국내 연구팀, 고기능성 무기 나노입자 박막 구현

▲최지혁 박사가 전자소자 내부의 전극으로 적용하기 위해 제조한 은(Ag) 나노입자 용액을 들어 보이고 있다.

[아시아경제 정종오 기자] 매우 값싸고 쉽게 첨단 전자소자를 만들 수 있는 방법이 제시됐습니다. 국내 연구팀이 플렉서블(flexible) 디스플레이 등 첨단 전자산업의 핵심인 전자소자(박막 트랜지스터, TFT)의 모든 구성요소를 용액공정이 가능한 무기 나노입자로 구현한 기술을 내놓았습니다.

용액공정(solution process)이란 사용재료를 유기용매 등을 이용해 액체화해 스핀코팅(spin-coating), 잉크젯 프린팅(ink-jet printing) 등과 같은 방법으로 기판위에 증착하는 방식을 말합니다. 진공 중에서 금속이나 화합물을 증발시켜 증발원과 마주 보고 있는 기판의 표면에 박막을 만드는 진공증착 방식과 비교되는 방식입니다.

용액공정은 진공증착 방식에 비해 설비 투자비용이 낮습니다. 소규모 장비로 더 빠른 공정이 가능합니다. 진공증착 방식과 비교했을 때 용액공정은 값싸고 빠르게 전자소자를 만들 수 있습니다.

최지혁 한국지질자원연구원 광물자원연구본부 희유자원활용연구실 박사가 이번 연구를 수행했습니다. 연구결과는 세계 과학저널인 사이언스(Science)지 4월8일자(우리나라 시간)에 실렸습니다.

최근 나노입자는 활용이 쉬운 박막형태로 제작돼 고기능성 차세대 핵심소재로 연구되고 있습니다. 박막형태의 무기 나노입자는 용액공정을 통해 저가의 대량생산이 가능합니다. 넓은 면적에 적용이 쉽기 때문에 기존 진공증착 방식의 실리콘 기반 반도체 산업을 대체할 차세대 전자부품 소재로 각광받고 있습니다.

무기 나노입자를 박막형태로 만들었을 때의 단점은 전기전도성이 많이 떨어진다는 점입니다. 나노입자들을 박막형태로 결합하고 조합했을 때 나노입자들 사이 공간에 존재하는 유기분자들 때문입니다.

최 박사의 연구결과를 활용하면 간단한 용액공정 만으로 이 같은 문제를 해결할 수 있습니다. 진공증착 방식 대신 저가의 용액공정을 기반으로 전자소자(박막 트랜지스터, TFT)의 모든 구성부품을 제조할 수 있는 것이죠. 나노입자 박막의 조합 체계를 최적화할 수 있는 원천기술을 확보한 것입니다.

용액공정을 통한 박막화 과정, 여러 층의 나노입자 박막이 적층되는 과정에서도 나노입자들의 기능은 떨어뜨리지 않았습니다. 모든 구성요소에 용액공정을 적용하는데 성공했습니다.

최 박사는 이번 연구를 위해 용액공정이 가능한 다양한 나노기술을 개발하고 각 기술들을 효과적으로 융합해 진공 증착된 박막의 특성에 준하는 고기능성 나노입자 박막을 구현해냈습니다.

이번 연구결과는 전도체, 반도체, 절연체의 특성을 갖는 나노입자 박막의 조합 체계를 최적화할 수 있는 원천기술 확보했다는 의미를 지닙니다. 저가의 용액공정을 기반으로 기존 전자소자의 전 구성부품을 대체할 수 있을 것으로 기대됩니다.

용액공정을 활용하는 이번 기술은 설비비용이 적게 들고 소규모 장비로 구현이 가능합니다. 상대적으로 자금력이 부족한 중소기업들에게 전자소자 제조 산업 진출의 길을 열어줄 수 있습니다.

최지혁 박사는 "앞으로 나노연구가 기초 분야에서 한걸음 더 나아가 상용가능한 차원에서 모든 전자부품에 적용 가능한 실용적 연구가 더 활발해질 것"이라며 "산업적 수요에 따라 다양한 분야에 응용될 수 있을 것"이라고 말했습니다.