아주대는 서울대, 미국 퍼듀대와 공동 연구를 진행해 기존 반도체 기반 전자 피부의 약점을 보완한 '고정밀 전자피부'를 개발했다고 2일 밝혔다.

전자 피부는 외과적인 처치 없이 인체의 생체 신호를 실시간으로 모니터링할 수 있는 비침습적 센서 플랫폼이다.

이 가운데 유기 반도체 물질 기반의 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT)는 피부 표면에서 일어나는 미세한 생체신호인 이온 농도 변화를 전기 신호로 변환·증폭하며 측정할 수 있어 주목받고 있다.

그동안 OECT 채널 소재로는 p-형 반도체가 주로 활용됐는데, 양전위 영역(양의 전압이 가해지는 구간) 신호에 대해서는 민감도가 떨어진다는 한계를 지녔다.

또 화학적 불안정성을 갖고 있어 의료 현장에서 이뤄지는 멸균 공정을 견디기 어렵다는 단점이 있었다.

이에 공동 연구팀은 높은 결정성을 갖는 n-형 반도체 소재 'n-PBDF'에 주목했다.

아울러 기기의 채널 길이가 500nm로 매우 짧은 수직 구조를 채택했다. 또 짧은 채널에서 기생 저항을 제거하는 4단자 기반의 측정 방식을 도입해 374mS의 신호 증폭률을 달성했다고 밝혔다.

공동 연구팀에 따르면 이러한 구조에서는 초저전압으로도 준수한 신호 증폭률 달성이 가능하며 소재의 산화 등을 최소화할 수 있다.

연구를 주도한 박성준 아주대 전자공학과·지능형반도체공학과 교수는 "이번에 개발한 소자 구조를 활용하면 총 두께 2μm 미만의 초박형 센서 제작이 가능해, 생체신호를 보다 정확하고 안정적으로 추출할 수 있다"고 말했다.

이번 연구 결과는 저명 학술지 '재료과학 및 공학 보고'(Materials Science and Engineering: R: Reports)에 게재됐다.