국내 연구진이 저비용으로 유연전자 소자 제작을 위한 나노선 성형, 정렬, 패터닝까지 동시에 할 수 있는 초고속 나노선 프린팅 기술을 개발했다. 이 기술은 간결한 공법으로 시간과 비용을 절감함으로써 입는(wearable) 컴퓨터, 섬유(textile) 전자소자, 접히는(Flexible) 디스플레이 등의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

포스텍 신소재공학부 이태우 교수팀이 수행한 본 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어 사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스연구단(단장 조길원)’의 지원으로 수행됐으며, 재료과학분야의 세계적 학술지인 ‘Nature Communications’ 최신호(4월 30일자)에 게재됐다.

나노선 제조기술은 세계를 변화시킬 10대 신기술의 하나로 평가되는 분야이나 트랜지스터나 메모리와 같은 전자소자로 만들기 위해 넓은 면적에서 나노선의 개별적인 제어가 어렵다는 점이 문제로 지적됐다. 또한 기존의 소자제작 방법은 나노 소재가 가지고 있는 우수한 특성을 잃거나 비용과 시간이 많이 소요돼 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 나노선을 인쇄(printing)해 제작함과 동시에 정렬과 패터닝(patterning)까지 가능한 원스톱(one-stop) 공정을 고안했다. 전기장을 이용하면 고분자 용액이 고무줄이 늘어나듯 가늘고 길게 떨어지면서 순간적으로 용매가 증발하며 기판 위에 나노선이 형성된다는 사실에 착안한 것이다.

개발된 기술은 잉크젯 프린팅 등 기존의 방법과는 크게 차별되는 것으로 트랜지스터, 전자 회로, 메모리나 화학감지용 센서 등에 활용되는 나노선을 전기장과 로봇공정을 이용해 1m/s의 빠른 속도로 인쇄할 수 있다.

또한 나노선을 이용해 수십에서 수백나노미터 크기의 대면적(大面積) 패터닝에 성공함으로써, 반도체 직접회로 패턴 묘사기술에 사용되던 고가의 전자빔 리소그래피(Electron-Beam Lithography) 공정을 저비용의 유기 나노 리소그래피(organic nanowire lithography) 공정으로 대체가능하다는 점에서 의미를 갖는다.

연구팀은 이 기술을 이용해 유기 반도체 나노선 트랜지스터 및 인버터 전자회로를 구현하는 한편 향후 전자소자에 활용가능성을 제시했다.

이태우 교수는 “초고속 나노선 프린팅 원천기술을 확보함으로써, 인쇄전자소자뿐만 아니라 2020년 50조원 규모로 성장할 것으로 예측되는 ‘입는(Wearable) 컴퓨터, 섬유 전자소자, 플렉시블 디스플레이(Flexible Electronics) 등’ 유연 전자소자 시장에서 우리나라가 선도적 지위를 확보할 수 있을 것”이라고 연구의의를 밝혔다.