[과학을 읽다]잉크젯프린터로 3차원 회로 찍어낸다

스마트워치 등 웨어러블 기기에 응용 가능

▲가정에 있는 잉크젯프린터로 유기 박막 트랜지스터를 만드는 기술이 개발됐다.[사진제공=포스텍]

[아시아경제 정종오 기자] 가정에 있는 잉크젯프린터로 3차원 유기반도체 회로를 만드는데 성공했습니다. 유기물을 용액형태로 만들어 반도체 성질을 갖게 하고 은 나노 등을 통해 도체 용액을 만들어 잉크젯프린터로 분사하는 방식입니다. 이를 통하면 잉크젯프린터로 유기 박막 트랜지스터를 만들 수 있게 됩니다.

포스텍(POSTECH, 총장 김도연) 창의IT융합공학과 박사과정 권지민과 정성준 교수, 화학공학과 조길원 교수 연구팀은 유기박막 트랜지스터의 회로를 인쇄공정을 통해 3차원으로 쌓고 이를 이용해 컴퓨터의 기본 연산단위 회로를 제작하는데 성공해 주목받고 있습니다.

팔에 차는 스마트워치, 반지처럼 끼울 수 있는 스마트기기 등 웨어러블 스마트기기는 미래 기술로 눈길을 끕니다. 스마트기기의 주요 부품인 트랜지스터를 가정에서도 쉽게 볼 수 있는 잉크젯프린터로 찍어낼 수 있게 될 것으로 보입니다.

유기 박막 트랜지스터는 기판의 부드러운 유연성 때문에 스마트기기의 발달과 함께 끊임없이 연구돼 오고 있는 분야입니다. 주로 사용되는 플라스틱 기판이 열이 가해지면 변형될 우려가 있어 인쇄방식을 이용해 저온에서도 제작할 수 있는 유기 박막 트랜지스터 개발에 대한 경쟁이 치열합니다.

이렇게 만들어진 전자회로는 기존의 실리콘 반도체에 비해 집적도가 낮아 복잡한 기능을 요구하는 기기에 활용하기는 어려웠습니다. 소자의 특성이 고르게 나타나지 않았고 물질이 산화되면서 오랜 기간 사용할 수 없다는 점 때문에 스마트워치와 같은 일반 기기에 활용하기 어렵다는 한계가 있었습니다.

포스텍 연구팀은 잉크젯프린터로 여러 차례 인쇄하는 방식으로 회로를 수직으로 쌓아 3차원의 유기 박막 트랜지스터 회로를 만들었습니다. 연구팀이 만든 이 소자는 소자의 특성이 일관되게 나타났습니다. 대량제작이나 상용화에 적합한 것으로 기대되는 부분입니다.

연구팀은 이 트랜지스터를 이용해 컴퓨터의 기본 연산 단위 회로인 가산기(덧셈기)를 제작해 정상적으로 작동하는 것을 확인했습니다.

저온에서 간단한 인쇄공정 만으로 트랜지스터를 제작할 수 있기 때문에 낮은 비용으로 고성능 웨어러블 기기를 만들어낼 수 있을 뿐만 아니라 연구팀이 개발한 3차원 집적방식은 웨어러블 기기, 컴퓨터, 바이오센서 등에 활용될 수 있습니다.

정성준 교수는 "이번 성과는 그 동안 상용화에 걸림돌이 됐던 유기박막 트랜지스터의 집적도 문제를 해결해 복잡한 성능을 필요로 하는 기기에도 활용할 수 있는 가능성을 보였다는 점에서 의의가 있다"며 "초박막 기판에 이를 적용하는 후속연구를 진행 중이고 이 기술을 이용하면 몸에 붙일 수 있는 혁신적 스마트 기기 제작이 가능할 것으로 기대된다"고 설명했습니다.

연구 성과는 ACS Nano지의 표지논문으로 선정돼 발표됐습니다.