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휘어지는 초박막 분자전자소자 제작

초소형 전자소자 개발 전망

2012년 07월 12일(목)

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초소형 전자소자 개발 전망 2012년 07월 12일(목)

자기조립단분자막을 이용해 극심하게 휘어져도 기능과 성능이 모두 안정한 초박막 분자전자소자가 국내 연구진에 의해 제작됐다.

*) 자기조립단분자막(Self-assembled monolayer, SAM) : 기질의 표면에 자발적으로 입혀진 규칙적으로 잘 정렬된 대표적인 유기 분자 박막으로 특별한 기구가 필요하지 않고, 기질의 모양이나 크기에 영향을 받지 않아 복잡한 기질 위에서도 제조할 수 있고 넓은 면적에도 가능한 특징이 있음

교육과학기술부는 서울대 이탁희 교수 연구팀이 박막 두께가 1-2나노미터로 매우 얇은 자기조립단분자막을 휘어지는 플라스틱 기판 위에 전자소자로 제작하는데 성공했다고 밝혔다.

앞으로 휴대용 기기뿐만 아니라 다양한 전자소자에서 매우 가볍고 쉽게 휘어질 수 있는 초소형 전자소자가 개발될 것으로 전망된다.

분자전자소자(molecular electronics)는 분자 크기가 매우 작고(보통 수 나노미터 미만, 10억분의 수 미터 미만) 자기조립공정이 가능해, 고집적이면서도 저렴한 전자소자를 만들 수 있어 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 분야다.

그러나 지금까지 알려진 분자전자소자는 대부분 딱딱한 기판(예, 실리콘) 위에서 만들기 때문에 자유자재로 휘어질 수(플렉시블) 없었다. 또한 기존의 휘어지는 유기전자소자(organic electronics)는 두께가 수 마이크로(100만분의 1미터)여서 상대적으로 큰 것이 단점이었다.

이 교수팀은 박막 두께가 1~2나노미터로 매우 얇은 자기조립단분자막을 휘어지는 플라스틱 기판 위에 전자소자로 제작하는데 성공했다. 특히 이 교수팀의 분자(나노)크기의 휘어지는 유기전자소자는 반복적인 휨 현상이나 다양하게 휘어진 환경에서도 전기적 전도 특성이 안정적으로 제어됐다.

또한 연구팀의 분자전자소자는 점차적으로 휘거나, 매우 심하게 혹은 다양한 형상의 휨 환경에서도 안정적이고, 1천 회 이상의 반복적인 휨 테스트에서도 고유의 상태를 유지했다.

▲ 그림 a. 실험에 사용된 유연한 분자전자소자 개략도 (아래부터 위 순서로, 플라스틱 기판, 하부 전극 (Au/Ti), 감광제 (photo-resistor), 전도성 고분자, 상부 전극 (Au)), 그림 b. 실제 실험에 사용된 유연한 분자전자소자 사진 (총 512 개의 소자가 있음)

이탁희 교수는 지난 2009년 단일 분자 한 개가 트랜지스터 소자로 작동될 수 있음을 세계 최고 권위지 ‘네이처’에 발표했는데, 이번 연구는 이러한 분자소자가 플렉시블한 환경에서도 정상적으로 구동될 수 있음을 검증한 연구결과여서 의미가 크다.

이탁희 교수는 “이번 연구는 나노크기의 매우 얇은 단일 분자를 이용해 자유자재로 휘어질 수 있는 유연한 분자전자소자를 개발할 수 있는 가능성을 열었다”고 연구의의를 밝혔다.

이번 연구는 서울대 이탁희 교수(42)가 주도하고, △박성준 박사과정생(광주과기원) △왕건욱 연구원 △윤명한 교수(광주과기원) 등이 참여했으며, 세계 최고 과학전문지인 ‘네이처’의 자매지로서 나노 분야의 권위 있는 학술지인 ‘Nature Nanotechnology ’ 최신호(7월 4일자)에 게재됐다. (논문명 : Flexible molecular-scale electronic devices)