UPDATED. 2021-09-20 20:57 (월)
신축성 좋은 무기물 박막 반도체 개발...파킨슨병 환자 모니터링 적용 입증
상태바
신축성 좋은 무기물 박막 반도체 개발...파킨슨병 환자 모니터링 적용 입증
  • 심성필 기자
  • 승인 2021.05.17 11:34
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

UNIST 신소재공학과 손재성·최문기·김주영 교수 연구팀
근육 경련, 떨림 등 모니터링 패치형 헬스케어 시스템 적용...성능 입증
세계적 과학저널 ‘Advanced Materials' 온라인 발표, 표지논문 선정
개발된 저항메모리를 이용한 파킨슨병 환자 모니터링 장치 a) 자가 발전이 가능한 파킨슨병 환자 모니터링 기기. 손목에 부착할 수 있다. b) 기기의 회로 구성 모식도 /연구 이미지=UNIST 제공
개발된 저항메모리를 이용한 파킨슨병 환자 모니터링 장치 a) 자가 발전이 가능한 파킨슨병 환자 모니터링 기기. 손목에 부착할 수 있다. b) 기기의 회로 구성 모식도 /연구 이미지=UNIST 제공

쉽게 구부러지는 유연한 전자 소자는 디스플레이나 센서, 메모리, 에너지 디바이스 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 스마트 웨어러블 장비 등으로도 사용되는 이러한 전자 소자는 적합한 기계적·전기적 특성을 가진 재료 개발에 의해 크게 좌우된다. 

국내 연구진이 기존과 달리 신축성이 뛰어난 무기물 반도체 박막 제조에 성공해 화제다. 17일 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 손재성, 최문지, 김주영 교수 연구팀은 황화은(Ag2S) 무기반도체 박막을 저렴한 용액공정으로 합성하는 데 성공했다고 밝혔다.

연구진은 간단한 용액공정을 이용해 우수한 기계적 특성을 가진 황화은 반도체 박막을 제조했다. 유연한 반도체의 대부분은 유기물 기반인데 딱딱하고 잘 부스러지는 것으로 알려진 무기물 소재로 만든 반도체로 개발된 것이다. 또 고온고압 공정 자체를 잘 견디는 무기 소재면서 내구성도 좋아 다양한 플렉서블 전자기기 개발에 사용될 것으로 기대되고 있다.

이 연구는 세계적 과학저널 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 지난달 30일 논문명 'olution-Processed Stretchable Ag2S Semiconductor Thin Films for Wearable Self-powered Nonvolatile Memory'로 온라인판에 발표됐으며, 표지논문으로 선정되어 출판을 앞두고 있다.

(좌측 상단부터 시계방향) 손재성 교수, 최문기 교수, 김주영 교수, 양우정 연구원, 조소영 연구원, 황경석 연구원 /연구진 사진=UNIST 제공

이 합성된 박막으로 만든 저항 변화 메모지소자를 근육 경련 등의 운동이상을 가진 파킨슨병 환자 모니터링 장치에 적용해 무기반도체 박막의 성능도 입증했다. 

연구팀에 따르면 기존 무기반도체 소재는 이온 결합 등으로 이루어져 본질적으로 쉽게 부서지는 특성이 있지만, 이 황화은 박막은 신축성을 알 수 있는 연신 변형률(재료에 잡아당기는 힘을 가했을 때 최대로 늘어날 수 있는 길이와 원재료 간 길이 비율)이 15%에 이를 정도로 신축성이 우수하다.

무기 박막 반도체 제작 과정 a) 황화은(Ag2S) 잉크 및 박막 제작 과정 모식도 b) 실리콘 웨이퍼(기판) 위에 올라간 박막을 사진 촬영한 이미지 c) 박막 표면을 전자현미경으로 촬영 이미지. /연구 그림=UNIST 제공

또한 기존과 달리 저렴한 저온 용액공정으로 제조할 수 있어 상업화에도 유리하다. 무기반도체 입자와 용매가 섞인 용액을 기판 위에서 회전시켜 고르게 코팅하는 방식이다. 용매는 증발시켜 제거한다.

연구팀은 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. 또한 스트레쳐블 저항 변화 메모리를 모션 센서와 결합해 파킨슨병 환자를 모니터링 할 수 있는 패치형 장비를 개발했는데, 터치 센서를 이용하면 대면적 매트릭스 디바이스 제작도 가능하다고 설명했다.

합성된 박막 무기 반도체를 이용한 저항 메모리 소자 a) 스트레쳐블 황화은 박막 저항메모리 모식도 및 집속이온빔 (FIB) 단면 전자현미경 촬영 이미지  b) 스트레쳐블 황화은 박막 저항기반성 메모리의 단면 촬영 이미지. 길이가 늘어남을 볼 수 있다.  c) 황화은 박막 저항기반성 메모리의 전류-전압 그래프
합성된 박막 무기 반도체를 이용한 저항 메모리 소자 a) 스트레쳐블 황화은 박막 저항메모리 모식도 및 집속이온빔 (FIB) 단면 전자현미경 촬영 이미지 b) 스트레쳐블 황화은 박막 저항기반성 메모리의 단면 촬영 이미지. 길이가 늘어남을 볼 수 있다. c) 황화은 박막 저항기반성 메모리의 전류-전압 그래프 /연구 그림=UNIST 제공

이번 연구의 지원은 한국연구재단의 미래소재디스커버리사업, 도전형 소재기술개발 프로그램 등을 통해 이뤄졌다.


관련기사

댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

케미컬뉴스

  • 제호 : 케미컬뉴스
  • 등록번호 : 서울 아04656
  • 발행일 : 2017-08-01
  • 등록일 : 2017-08-17
  • 발행·편집인 : 유민정
  • 청소년보호책임자 : 김유정

NEWS SUPPLY PARTNERSHIP

  • 하단로고
  • 하단로고
  • 하단로고
  • 하단로고
  • 하단로고

CONTACT

  • Tel : 070-7799-8686
  • E-mail : news@chemicalnews.co.kr
  • Address : 서울특별시 동작구 상도로 82, 무이비엔 빌딩 5F 502호
  • 502, 5F, 82, Sangdo-ro, Dongjak-gu, Seoul (07041)

케미컬뉴스 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받는 바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
Copyright ©케미컬뉴스. All rights reserved.

ND소프트