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매수 : 보도자료 3매(참고자료 3매, 사진자료 7매)							배포처 : ETRI 홍보실

국내 연구진이 고무줄처럼 늘릴 수 있는 스트레처블(Stretchable) 디스플레이 구현을 위해 신축성 무기(無機) 반도체 소자기술을 개발했다. 세계 최초로 개발한 신개념 전자소자로 차세대 디스플레이 반도체 분야를 선도할 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 고밀도 집적이 가능한 고성능·고신뢰 신축성 무기 박막 트랜지스터(TFT) 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 본 성과는 세계적 과학 전문지‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 8월 24일 온라인 게재되었다.

스트레처블 디스플레이는 고무줄처럼 팽팽하게 늘리고 줄일 수 있는 차세대 디스플레이 패널이다. 활용성 높은 고해상도 스트레처블 디스플레이를 구현하기 위해서는 고성능 신축성 반도체 소자가 필요하다. 반도체 소자는 전류 조절을 통해 화면 픽셀을 제어하는 역할을 한다.

그동안 신축성 반도체 소자는 주로 유연한 유기물 소재가 사용됐으나 실리콘, 금속산화물 등 단단한 무기물 분야로 연구가 확장되고 있다. 소재의 유연성은 떨어지지만, 전기적 성능과 신뢰성, 내구성이 더 뛰어나기 때문이다.

ETRI 연구진은 세계 최초로 무기 산화물 전자소자를 신축성 금속 배선 위에 직접 올리는 반도체 소자구조를 개발했다. 고성능 무기질 반도체에 유연성을 더하면서 소자 집적도까지 비약적으로 끌어올린 기술이다. [참고 1]

ETRI가 개발한 반도체 소자는 기존 신축성 산화물 반도체 소자 대비 소자 집적도가 약 15배 향상되었으며, 전류 구동 성능 역시 2배 이상 높아졌다. 제품 소형화와 고해상도 디스플레이 구현 가능성을 동시에 입증한 셈이다.

연구진은 구불구불한 말발굽 형태의 폴리이미드 유연 기판 배선 위에 고성능 산화물 반도체 트랜지스터를 고밀도로 집적하여 신축성 소자를 구현했다. 구불구불한 기판이 점차 직선으로 펴지면서 용수철처럼 늘어나는 원리다. 제작된 소자는 두 배까지 잡아당겨도 파괴되지 않고 성능을 유지한다. [참고 2]

기존에는 늘어나는 금속 배선과 늘어나지 않는 전자소자를 반복연결한 비효율적 공간 구조로 소자 집적도가 떨어지는 단점이 있었지만, 본 개발로 디스플레이 패널의 신축성과 고화질을 다 잡을 것으로 기대된다.

이번에 개발된 신축성 전자소자는 반도체 표준공정과 호환될 뿐만 아니라 디스플레이, 스마트폰, TV, 자동차, 헬스케어, 스킨트로닉스 등 다양한 스트레처블 제품에 적용 가능해 특히 주목받고 있다. [참고 3]

이번 논문의 제1저자인 ETRI 플렉시블전자소자연구실 오힘찬 선임연구원은 “중국의 빠른 연구개발 속도로 우리나라와의 반도체·디스플레이 기술 격차가 많이 좁혀지고 있다. 스트레처블 전자소자 기술을 통해 우리나라가 차세대 반도체·디스플레이 분야를 선점할 수 있을 것으로 기대한다.”고 말했다.

향후 연구진은 이번 신축성 반도체 공정을 더욱 단순화해 비용을 절감할 수 있도록 하는 데 중점을 두고 연구할 예정으로 산업계에 빠르게 적용될 수 있도록 준비한다는 계획이다.

본 연구는 과학기술정보통신부 국가핵심소재연구단 사업인 “초고해상도/초유연 디스플레이 백플레인 핵심소재 기술 개발(디스플레이 백플레인 신소재연구단)” 과제와 ETRI 지원사업인 “스킨트로닉스를 위한 감각 입출력 패널 핵심 기술 개발” 과제의 일환으로 수행되었다. <보도자료 본문 끝>

참고1

신축성 (스트레처블) 산화물 반도체 트랜지스터 어레이

기존 스트레처블(신축성) 무기물반도체 전자소자 (예: 실리콘 트랜지스터, 산화물반도체 트랜지스터 등) 어레이는 늘어나는 신축배선과 늘어나지 않는 딱딱한 영역에 만들어진 전자소자들을 반복하며 연결하는 구조이다. 기존 방식은 공간적으로 효율적이지 않아서 고해상도/고성능 스트레처블 어레이 제품을 만드는 데 한계를 갖는다.

본 연구에서는 무기물반도체 전자소자(금속산화물반도체 트랜지스터)를 늘어나는 신축배선 위에 직접 집적하여 집적도를 획기적으로 늘릴 수 있는 구조를 구현하였다. 이러한 연구성과는 이 분야의 학계에서 성과를 인정받아, 세계적인 연구저널인 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’ 에 게재되었다.

참고2

신축성 (스트레처블) 산화물 반도체 트랜지스터 어레이

말굽 모양 패턴의 폴리이미드 유연소재 위에 집적된 산화물박막트랜지스터와 배선을 2배까지 100% 신축했을 때에도 전자소자가 정상적으로 작동하였다. 해당 신축소자어레이 피부에 부착이 가능한 인체친화적 스트레처블 소재(에코플렉스)에 옮긴 뒤에 자유롭게 신축과 부착이 가능하다.

참고3

디스플레이 응용 예시 - 늘어난 상태에서 LED 발광 가능

본 연구에서 개발된 스트레처블 전자소자의 신축성능을 육안으로 쉽게 확인하기 위하여, 신축배선 위에 제작된 산화물반도체 트랜지스터로 LED를 구동시켜 두 배까지 늘렸을 때도 LED가 발광함을 확인하였다.