양지희 대학원생, 일본 ‘AM-FPD’ 국제학술대회에서 최우수 논문상 수상
전도성 고분자 활용한 후속 연구로 SCI급 저널 <JJAP>에 논문 게재
“접히는 스마트폰, 스마트워치 등 플렉시블·웨어러블 기기에 활용 가능”

접거나 말 수 있는 스마트폰, 구부려지는 스마트워치 등 전자산업계에서는 플렉시블(flexible) 기기가 큰 이슈 중 하나다. 최근 일반대학원 정보전자신소재공학과 양지희 학생(석사 1기)이 플렉시블 기기에 적용할 수 있는 플렉시블 플래시 메모리(flexible Flash Memory) 개발에 나섰다. 플래시 메모리는 전원이 끊겨도 저장된 정보가 지워지지 않는 비휘발성 기억장치다.

양지희 학생은 학부 3학년이던 2016년 여름방학 때 ‘공대는 실험 경험이 중요하다’라는 소신으로 윤성민 교수가 지도하는 ‘차세대전자소자연구실’ 연구원으로 들어갔다. 양지희 학생은 선행 연구가 플렉시블 기판에 유연성이 없는 일반 메모리 소자를 더하는 형식에 치중하고 있음을 확인하고, 유연한 소자 연구에 집중했다.

웨어러블 기기에 활용 가능한 플렉시블 플래시 메모리 개발
양지희 학생은 “유연한 기판만으로는 한계가 있다. 산화물 기반에 유기물을 도입해 소자 자체에서 유연성을 추구하는 연구를 했다”라고 설명했다. 활용한 유기물은 강유전체(ferroelectrics, 자연 상태에서 전기편극을 가지고 있는 물질)인 ‘P(VDF-TrFE)’을 채택했고, 산화물 반도체인 IGZO(Indium·Gallium·Zinc·Oxide)를 접목해 플렉시블 플래시 메모리를 제작했다.

일반 메모리는 주로 높은 온도(300~400℃)에서 공정을 한다. 하지만 플렉시블 플래시 메모리는 고온에서 공정할 수가 없다. 산화물 반도체 IGZO는 상대적으로 낮은 온도(약 200℃)에서도 공정할 수 있으며 좋은 전기적 성능을 보이기 때문에 낮은 온도에서 공정 가능한 P(VDF-TrFE)을 활용한 유연 기판에 적용한 것이다.

연구 결과를 논문으로 도출하기까지 약 1년이 걸렸다. 2017년 7월 일본에서 열린 제24회 ‘AM-FPD(International Workshop on Active-Matrix FlatPanel Displays and Devices)’에서 그 내용을 발표했고, 지난 7월 3일 ‘제25회 AM-FPD’에서 최우수 논문상을 받았다.

‘차세대전자소자연구실’은 산화물 소재, 반도체 소재, 세라믹 박막 소재, 유무기 혼합 소재 등이 가지는 여러 특성을 이용해 차세대 전자소자에 요구되는 연구를 수행한다.

양지희 학생은 “무선통신기기가 많이 나옴에 따라 전기 공급이 없어도 정보를 저장할 수 있는 플렉시블 플래시 메모리는 필수적인 요소다. 이 메모리는 생체인식 센서와 같은 웨어러블(wearable) 영역에서도 활용될 수 있다”라고 말했다.

“늘어나는 메모리 연구도 할 계획”
그는 유기물 강유전체 P(VDF-TrFE)와 산화물 반도체 IGZO에 전도성 고분자인 ‘PEDOT: PSS’를 더해 후속 연구도 수행했다. 산화물 전극은 구부렸을 때 깨지기 쉽기 때문에 유연하고 전기가 통하는 PEDOT: PSS를 활용해 더 좋은 플렉시블 플래시 메모리를 만든 것이다. 이 연구는 광주과학기술원 신소재공학부 연구진과 함께했고, 논문은 지난 3월 SCI급 저널인 <JJAP: Japanese Journal of Applied Physics>에 게재됐다.

현재는 연구 방향을 바꿔 강유전체 대신 전화주입형 방식에 전도성 고분자를 도입한 메모리 연구를 하고 있다. 이전 연구와는 정보 저장 방식에 차이가 있다. 이 방식은 정보를 전화주입층에 저장해 강유전체를 사용했을 때보다 메모리 성능이 더 좋다.

양지희 학생은 졸업 전까지 플렉시블 플래시 메모리 소자 연구에서 한걸음 나아가 늘릴 수 있는 스트레쳐블(Stretchable) 메모리 소자를 개발할 계획이다. 그는 “윤성민 교수님은 연구 지도와 함께 그와 관련된 교육에도 신경을 많이 써주신다. 실험실에서 다양한 연구를 해보고 싶다”라고 말했다.

양지희 학생은 플렉시블 메모리 소자에 이어, 스트레쳐블 메모리 소자로 연구를 확대할 계획이다.

김상수(커뮤니케이션센터, ss@khu.ac.kr)