전자통신연, 늘어나는 디스플레이 구현 신축성 반도체 소자 개발

집적도 15배 향상…소형화·고해상도 제품 대량 생산 가능

국내 연구진이 고무줄처럼 늘어나는 ‘스트레처블(Stretchable) 디스플레이’ 구현을 위한 신축성 반도체 소자 기술을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 고밀도로 집적할 수 있는 고성능·고신뢰 신축성 무기 박막 트랜지스터(TFT) 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

스트레처블 디스플레이는 고무줄처럼 팽팽하게 늘리거나 줄일 수 있는 차세대 디스플레이 패널로, 활용성을 높이려면 고성능 신축성 반도체 소자가 필요하다.

전류를 조절해 화면 픽셀을 제어하는 역할을 하는 신축성 반도체 소자는 주로 유연한 유기물 소재가 사용됐으나, 최근 실리콘·금속산화물 등 단단한 무기물 분야로도 연구가 확장되고 있다.

소재 유연성은 떨어지지만, 전기적 성능과 신뢰성·내구성이 더 뛰어나기 때문이다.

ETRI 연구진은 세계 최초로 무기 산화물 전자소자를 신축성 금속 배선 위에 직접 올리는 반도체 소자 구조를 개발했다.

고성능 무기질 반도체에 유연성을 더하면서 소자 집적도까지 비약적으로 끌어올린 기술이다.

ETRI가 개발한 반도체 소자는 기존 신축성 산화물 반도체 소자보다 집적도가 약 15배 향상했고, 전류 구동 성능 역시 2배 이상 높아졌다고 연구진은 설명했다.

연구진은 구불구불한 말발굽 형태 폴리이미드 유연 기판 배선 위에 고성능 산화물 반도체 트랜지스터를 고밀도로 쌓아 신축성 소자를 구현했다.

구불구불한 기판이 점차 직선으로 펴지면서 용수철처럼 늘어나는 원리다.

제작된 소자는 두 배까지 잡아당겨도 파괴되지 않고 성능을 유지한다.

이번에 개발된 신축성 전자소자는 반도체 표준공정과 호환될 뿐만 아니라 디스플레이·스마트폰·TV·자동차·헬스케어 등 다양한 스트레처블 제품에 적용할 수 있다.

ETRI 플렉시블전자소자연구실 오힘찬 선임연구원은 “스트레처블 전자소자 기술을 통해 우리나라가 차세대 반도체·디스플레이 분야를 선점할 수 있을 것”이라며 “공정을 더욱 단순화해 비용을 절감할 수 있도록 하는 데 중점을 두고 연구할 예정”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 지난 8월 24일 온라인 게재됐다.

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