“우수한 플렉시블 기판 만들어내는 차세대 공정기술”
<나노 리서치> 8월호 표지논문 발표

전자·전파공학과 김선국 교수 연구팀이 휘어지는(Flexible) 디스플레이 등에 사용되는 박막트랜지스터(TFT)의 성능을 향상시키는 레이저 열처리 기술을 개발했다. 지난 2012년 기존 전자소자의 한계를 극복한 높은 전자이동도와 유연성을 가진 다층 이황화몰리브덴(MoS₂) 기반의 박막트랜지스터를 세계 최초로 개발한 김선국 교수가 이를 발전시켜 공정기술을 확보한 것이다. 관련 연구 결과는 지난해 국제정보디스플레이 학술대회(IMID)와 국제재료학회(MRS) 최우수 논문상을 수상했고, 올해 8월 <나노 리서치(Nano Research)> 표지논문으로 발표됐다. 논문 제목은 ‘Selective and localized laser annealing effect for high-performance flexible multilayer MoS₂ thin-film transistors’.   


 
“기존 반도체 공정 그대로 쓰면서 고성능 플렉시블 기판 만들어”
이황화몰리브덴과 같은 2차원 구조를 갖는 칼코겐화합물은 반도체 특성을 갖고 있어 ‘차세대 박막트랜지스터’로 주목받고 있다. 박막트랜지스터는 접히거나 종이처럼 말 수 있는 휴대전화와 태블릿 PC, 유기발광다이오드(OLED) TV 등에 활용되는 휘어지는 디스플레이의 핵심 소재로, 고성능화를 위한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 박막트랜지스터의 고성능화를 위해선 전자소자의 동작 속도를 좌우하는 전자이동도를 높여야 하는데, 여기엔 열처리 과정이 필요하다. 그러나 기존 방법으로 열처리하면 필름과 같은 유연한 기판이 쉽게 휘어지면서 깨진다. 김선국 교수 연구팀은 레이저를 통한 선택적 열처리 기술을 개발해 이 문제를 해결했다.

김선국 교수는 “열을 주는 깊이와 범위를 조절할 수 있는 레이저의 특징을 활용해 필요한 부분에만 열처리를 해주면 플렉시블 기판은 아무 손상 없이 높은 이동도를 낼 수 있는 전자소자를 만들 수 있다”고 설명한 뒤 “기존 반도체 공정을 그대로 쓰면서 성능이 우수한 플렉시블 기판을 만들어내는 차세대 공정기술”이라고 말했다.

연구 심화·확대해 오감증강 전자회로 개발
앞으로 김선국 교수는 연구를 심화·확대해 인간의 오감(시각·촉각·청각·후각·미각)을 전달할 수 있는 오감증강 전자회로를 개발할 계획이다. “이번 연구는 플렉시블 전자회로와 센서를 연동한 새로운 전자기기나 인체에 적용하는 시스템 개발에 활용될 수 있다”고 전한 김 교수는 “최종적으로 인간의 장기가 제 기능을 다하지 못할 때 도와줄 수 있도록 생체를 인지하는 전자소자를 만들고 싶다”고 말했다. 그는 “인간의 피부나 심장 등에 전자소자를 부착한 경우에도 불편 없는 일상생활이 가능하게 하려면 플렉시블 공정이 반드시 필요하다”며 “플렉시블 전자소자 연구를 지속하겠다”고 밝혔다. 이번 연구는 미국 UC버클리와 공동으로 진행됐다.