국내 연구진이 늘어나는 '스트레처블' 디스플레이 구현을 위한 신축성 무기 반도체 소자 기술을 개발했다. 세계 최초 개발 신개념 전자소자로 차세대 디스플레이 반도체 분야를 선도할 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 고밀도 집적이 가능한 고성능·고신뢰 신축성 무기 박막 트랜지스터(TFT) 기술 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.
이 성과는 '네이처 커뮤니케이션즈'에 8월 24일 온라인 게재됐다.
스트레처블 디스플레이는 신축성 차세대 디스플레이 패널이다. 고해상도 스트레처블 디스플레이를 구현하려면 고성능 신축성 반도체 소자가 필요하다. 반도체 소자는 전류 조절로 화면 픽셀을 제어한다.
그동안 신축성 반도체 소자에 주로 유연한 유기물 소재가 사용됐으나 실리콘, 금속산화물 등 단단한 무기물 분야로 연구가 확장되고 있다. 소재 유연성은 떨어지지만, 전기 성능과 신뢰성, 내구성이 더 뛰어나다.
연구진은 세계 최초로 무기 산화물 전자소자를 신축성 금속 배선 위에 직접 올리는 반도체 소자구조를 개발했다. 고성능 무기질 반도체에 유연성을 더해 소자 집적도까지 비약적으로 끌어올렸다.
개발 소자는 기존 신축성 산화물 반도체 소자 대비 소자 집적도가 약 15배 향상됐으며 전류 구동 성능 역시 2배 이상 높다. 제품 소형화, 고해상도 디스플레이 구현 가능성을 동시에 입증했다.
연구진은 구불구불한 말발굽 형태 폴리이미드 유연 기판 배선 위에 고성능 산화물 반도체 트랜지스터를 고밀도로 집적해 신축성 소자를 구현했다. 구불구불한 기판이 점차 직선으로 펴지면서 용수철처럼 늘어나는 원리다. 제작 소자는 2배까지 잡아당겨도 파괴되지 않고 성능을 유지한다.
개발 소자는 반도체 표준공정과 호환될 뿐만 아니라 디스플레이, 스마트폰, TV, 자동차, 헬스케어, 스킨트로닉스 등 다양한 스트레처블 제품에 적용할 수 있다.
오힘찬 ETRI 플렉시블전자소자연구실 선임연구원은 “스트레처블 전자소자 기술을 통해 우리나라가 차세대 반도체·디스플레이 분야를 선점할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
향후 연구진은 공정을 더 단순화해 비용 절감에 나설 예정이다. 빠른 산업계 적용을 준비한다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 국가핵심소재연구단 사업인 '초고해상도/초유연 디스플레이 백플레인 핵심 소재 기술 개발(디스플레이 백플레인 신소재연구단)' 과제와 ETRI 지원사업인 '스킨트로닉스를 위한 감각 입출력 패널 핵심 기술 개발' 과제 일환으로 수행됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
