동국대학교 공과대학 에너지신소재공학과 김현석 교수 연구팀은 충남대학교 이경진, 김현유 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, CVD 공정을 통한 광반응성 고분자 박막 및 산화물 반도체와 결합한 유연 박막 트랜지스터를 선보였다.
기존 박막 트랜지스터는 깨지기 쉬우며 공정온도가 높은 산화물 유전체 물질을 활용하는 경우가 많아 유연 전자기기 분야에는 적합하지 않았다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 Parylene-OH라는 새로운 고분자를 도입했다. 이 고분자는 유전 상수가 최대 7.53에 달하며, 유연성이 뛰어남과 동시에 진공 공정을 통해 증착 가능하다는 특징이 있다.
또한, 기존 용액 공정의 주요 문제점인 핀홀과 기포 문제를 극복하여 더욱 안정적인 소자 성능을 보증한다.
특히, 이 유전체 물질은 포토패터닝을 가능하게 해줘 비용이 많이 들고 복잡한 포토리소그래피 공정을 대신할 수 있다.
연구팀은 이번에 개발한 유전체층을 활용해 유연한 박막 트랜지스터 소자와 CMOS 인버터를 성공적으로 제작하며 이 기술의 실용성을 입증했다.
또한, 웨어러블 및 폴더블 디스플레이, 소프트 로봇 등 다양한 분야에서 ‘유연한 고성능 전자 소자’의 활용 가능성을 보여줬다.
김현석 교수는 “기존 무기물 유전체는 우수한 특성에도 불구하고 높은 공정 온도로 인한 기판의 제약과 부서지기 쉬운 특성으로 차세대 유연 소자에 적용하기 힘들었다”라며 “가볍고 내구성이 뛰어난 유연 전자 기기에 대한 수요가 증가하는 가운데, 이번 연구 성과는 증착 공정 기반 고분자 유전체가 차세대 소자 기술의 핵심 요소로 자리매김하는 계기가 될 것”이라고 기대감을 전했다.
한편, 해당 연구는 한국연구재단, 과학기술일자리진흥원과 동국대학교의 지원으로 수행됐으며, <Intrinsically Photopatternable High-k Polymer Dielectric for Flexible Electronics>라는 제목으로 재료 분야 국제학술지'Advanced Functional Materials (IF : 18.5)' Back cover로 선정돼 24년 4월 온라인 게재 및 11월 13일 오프라인 게재됐다.
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