쭉쭉 늘어나는 반도체 나왔다 … 울산과학기술원, 스트레처블 소자 개발 탄력

UNIST 손재성 교수팀, 신축성·내구성 우수한 무기 반도체 박막 개발

파킨슨병 환자 모니터링 장치에 실증, 저렴한 용액 공정으로 제조

저항메모리를 이용한 파킨슨병 환자 모니터링 장치.

[아시아경제 영남취재본부 김용우 기자] 쭉쭉 늘어나는 반도체가 나왔다. 접히고 말리는 디스플레이 개발이 탄력받게 됐다.

패치형 헬스모니터링 기기나, 디스플레이에는 유연한 반도체가 필요하다. 유연 반도체 대부분이 유기물 기반인 가운데 무기물 기반의 유연 반도체가 개발돼 주목받고 있다.

딱딱하고 잘 부스러지는 경향의 무기 소재로 만든 반도체라 더 눈길을 끈다.

고온고압 공정 자체를 잘 견디는 무기 소재인데다 내구성도 좋아 다양한 플렉서블 전자기기 개발에 쓰일 수 있을 것으로도 기대된다.

울산과학기술원(UNIST, 총장 이용훈)은 신소재공학과 손재성·최문기·김주영 교수팀이 황화은(Ag2S) 무기반도체 박막을 저렴한 용액공정으로 합성하는 데 성공했다고 17일 밝혔다.

연구팀에 따르면 합성된 박막으로 제작된 저항 변화 메모리소자(RRAM)를 파킨슨병 환자 모니터링 장치에 적용해 무기반도체 박막의 성능도 입증했다.

무기 박막 반도체 제작 과정.

개발된 장치를 환자 몸에 붙이면 근육 경련과 같은 파킨슨병 환자의 운동 이상을 감지할 수 있었다.

손 교수팀이 개발한 황화은 무기반도체 박막은 반도체 특성을 보이면서 동시에 신축성이 좋은 점이 있다.

기존 무기반도체 소재는 이온 결합 등으로 이뤄져 있어 본질적으로 쉽게 부러지는 특성이 있지만, 이번에 개발된 황화은 박막은 연신 변형률이 15%에 이를 정도로 신축성이 우수한 반도체 소재이다.

제1저자인 조승기 연세대학교 KIURI 연구단 박사 후 연구원은 “무기 반도체 소재는 유기화합물 반도체 소재보다 선천적으로 우수한 열적·화학적 안정성을 지녀, 고온다습한 특수 환경에서도 안정적으로 구동 가능한 스트레쳐블 전자 소자에 쓸 수 있다”고 설명했다.

이번에 개발된 무기반도체 박막은 기존과 달리 저렴한 저온 용액공정으로 제조할 수 있어 상업화에도 유리한 것으로 알려졌다.

무기반도체 입자와 용매가 섞인 용액을 기판 위에서 회전시켜 고르게 코팅하는 방식이다. 용매는 증발시켜 제거했다는 것이다.

(좌측 상단부터 시계방향) 손재성 교수, 최문기 교수, 김주영 교수, 양우정 연구원, 조소영 연구원, 황경석 연구원. [이미지출처=유니스트]

공동 제1저자인 조소영 UNIST 신소재공학과 석사과정 연구원은 “원재료에 상당한 고온·고압을 가하는 기존 생산 방법은 박막 생산비가 비싼 편이고 메모리 반도체 소자를 이루는 다른 재질 층이 고온 고압을 견디지 못해 소자 제작에 바로 적용하기 힘든 단점이 있었다” 고 설명했다.

연구진은 이를 이용해 세계 최초로 ‘신축성을 지닌 박막형 황화은 기반 저항메모리 반도체’를 개발했다.

이 메모리 반도체 소자는 높은 on/off 전류비 차이, 작동 내구성을 보여 패치형 헬스모니터링 기기 개발에도 쓰일 수 있었다.

공동 제1저자인 양우정 UNIST 신소재공학과 석?박사통합과정 연구원은 “스트레쳐블 저항 변화 메모리를 모션 센서와 결합해 파킨슨병 환자를 모니터링할 수 있는 패치형 장비를 개발했다”며, “터치센서를 이용하면 대면적 매트릭스 디바이스 제작도 가능하다”고 말했다.

이번 연구는 세계적 과학저널 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 4월 30일 자 온라인판에 발표됐으며, 표지논문(inside back cover)으로 선정돼 출판된다.

연구 지원은 한국연구재단의 미래소재디스커버리사업, 도전형 소재기술개발 프로그램 등을 통해 이뤄졌다.

영남취재본부 김용우 기자 kimpro7777@asiae.co.kr