국내 연구진이 피부처럼 늘어나면서도 다양한 박막의 전기·기계·표면형태학적 특성을 조절할 수 있는 신축성 플랫폼을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀과 서울대 전기정보공학부 홍용택 교수 연구팀은 웨어러블 기판에 투명 구조체(탄성 매체)를 삽입, 박막 소자 간에 신축 시 발생하는 기계적 변형력을 제어했다고 4일 밝혔다.
연구진은 직접 개발한 웨어러블 기판에 수십 마이크로미터(㎛, 100만 분의 1m) 크기의 단단한 투명 구조체를 잉크젯 인쇄공정으로 배열했다. 기판과 삽입된 구조체간 탄성률 분포 차이에 의해 기계적 변형력 분포(strain distribution)를 파악했다.
연구진은 구조체의 강도, 크기, 배열에 따라 신축 시 박막 소자가 받는 기계적 변형력 정도를 조절할 수 있을 뿐 아니라 원하는 영역에 기계적 변형력을 집중시키거나 분산시키는 것이 가능하다는 것을 규명했다. 시뮬레이션을 통해 신축 시 금속 박막, 산화물 박막, 유기물 박막 등 다양한 박막의 전기적, 기계적, 형태학적 특성을 자유자재로 조절할 수 있음을 밝혔다.
최근 플렉시블 전자소자, 인체에 부착 가능한 신축성 웨어러블 전자기기가 상용화되고 있다. 기존 반도체 소자는 늘어나거나 수축될 때 발생하는 힘 때문에 기판과 기능성 박막소자의 전기적 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
기존 연구에서는 기계적 변형력의 영향을 최소화하기 위해 신축성 플랫폼 표면 위, 혹은 전자소자에 인위적으로 구조를 넣었다. 그러나 공정이 어렵고, 적용 가능한 신축성 전자 재료 후보 군이 제한된다는 단점이 있었다. 변형력 발생 시 박막 소자의 전기·기계·광학적 및 표면형태학적 고유 성질이 변했다.
정승준 KIST 박사는 “연구를 통해 신축 시 발생하는 변형력에 따른 박막 특성 변화를 제어할 수 있다”면서 “변형력에 민감한 웨어러블 디스플레이 센서 같은 전자기기 신뢰성을 높이는데 활용할 것”으로 기대했다.
연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 정보통신기술진흥원 스킨트로닉스 연구과제로 수행됐다. 연구결과는 국제 학술지 'Advanced Materials' 최신호에 표지 논문으로 게재됐다.
최호 산업정책부기자 snoop@etnews.com
