연구성과

POSTECH, 초고속 금속 나노선 전극 인쇄 기술 개발

2014-11-19367

  

   POSTECH, 초고속 금속 나노선 전극 인쇄 기술 개발

 이태우 교수팀, 어드밴스드머터리얼스 통해 발표

 

 이태우 교수․박사과정 이영준씨  

 

스마트시계 등 다양한 휴대용 웨어러블(wearable) 기기 속에 들어가는 전자소자는 크기는 작으면서도 기능을 원활하게 구동할 수 있어야 한다. 이 같은 초소형고집적 소자의 전극을 빠르게 정렬해 인쇄할 수 있는 기술이 국내 연구진을 통해 개발됐다.
 
POSTECH(포항공과대학교) 신소재공학부 이태우 교수박사과정 이영준씨 연구팀은 재료분야 권위지 ‘어드밴스드머터리얼스(Advanced Materials)’지를 통해 금속 나노선 전극을 빠르게 대면적의 소자에 인쇄하는 기술을 발표했다.
이 기술은 해당 저널의 속표지 논문과 일반인에게도 초록이 공개되는 최우선 논문으로도 선정, 학계로부터의 높은 관심을 증명했다.
 
소자의 나노크기의 전극을 제작하는 대표적인 방법으로는 포토리소그라피(photolithography)와 전자빔리소그라피(electron beamlithography) 등의 방법이 있지만 이들 기술은 공정이 복잡하고 공정단가가 높다는 단점이 있었다. 또한 기존에 발표된 바 있는 금속 전극 및 배선을 인쇄하는 공정 역시 눈에 보이지 않는 수준의 1 마이크로미터 이하의 금속선을 구현하기에는 기술적인 한계를 가지고 있었다.
 
연구팀은 독자적인 기술인 전기장을 이용, 나노선을 기판 위에 직접 정렬시키는 E-나노선 인쇄(E-nanowire printing)기술을 활용해 눈에 보이지 않는 수백나노미터의 선폭을 가졌으면서도 일반 금속과 비슷한 전기적 특성을 나타내는 구리 나노선 전극을 대면적으로 정렬된 상태로 균일하게 인쇄하는데 성공했다.
이와 함께 유기트랜지스터의 전극으로 이용해 소자를 만드는데도 성공해 향후 전자소자 전극으로의 적용 가능성을 입증하기도 했다.
 
연구팀은 이 기술을 통해 대면적으로 정렬된 금속나노선을 더욱 빠르게 구현해냈을 뿐 아니라, 비용도 크게 낮춰 기존의 방법을 대체할 수 있는 새로운 기술을 제시했다는 평가를 받았다.
 
이 연구는 디스플레이, 메모리, 태양전지는 물론 터치스크린패널 등 다양한 투명 전자소자와 고집적 회로에 활용될 수 있으며, 특히 다양한 광전자소자와 인쇄 나노전자 분야에서 세계적인 경쟁력을 확보하고 있는 국내의 다른 기술과 결합되면 특히 우리나라의 소프트 일렉트로닉스 분야 발전에 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
뿐만 아니라, 기존 디스플레이 패널 등의 대면적 전자소자 제작 공정상 발생하는 금속 배선의 결함(defect)을 효과적으로 보수(repair)할 수 있는 기술로도 응용할 수 있어 기존 전자산업에서의 수율을 크게 향상할 수 있을 것으로도 기대된다.
 
연구를 주도한 이태우 교수는 “기존의 나노 전극 제조방식에 비해 시간과 비용을 현저히 줄였을 뿐 아니라 공법도 간결화해 향후 금속 나노전극을 이용한 고집적 전자소자의 상용화를 앞당길 것”이라며 “특히 2020년 50조원 규모로 성장할 것으로 예측되고 있는 웨어러블(wearable) 컴퓨터, 섬유 전자소자, 플렉시블(flexible) 디스플레이 구현을 위한 원천기술로도 사용될 것”이라고 밝혔다.
 
한편, 이번 연구성과는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스연구단’의 지원으로 수행됐다. 

그림 1. (상) 구리 나노선 프린팅 공정 모식도, (하, 좌) 구리 나노선 단면의 전자 현미경 사진, (하, 우) 균일하게 정렬된 구리 나노선의 전자 현미경 사진.


그림 1. (상) 구리 나노선 프린팅 공정 모식도, (하, 좌) 구리 나노선 단면의 전자 현미경 사진, (하, 우) 균일하게 정렬된 구리 나노선의 전자 현미경 사진.

그림 2. 구리 나노선을 소스/드레인 전극으로 사용한 전계 효과 트랜지스터 모식도.
그림 2. 구리 나노선을 소스/드레인 전극으로 사용한 전계 효과 트랜지스터 모식도.