다양한 폼팩터의 소프트 전자소자 제작하는 ‘선택적 금속 박막 증착 기술’ 개발

- 곡면 OLED, 신축성 LED 등 소프트 일렉트로닉스 분야 응용 가능성 높여

- 세계적 과학저널 Nature Communications에 논문 게재

▲ (좌측부터) 정수진 박사, 윤형수 박사, 서울대 전기·정보공학부 홍용택 교수, DGIST 전기전자컴퓨터공학과 이병문 교수

서울대학교 공과대학은 전기·정보공학부 홍용택 교수 연구팀이 대구경북과학기술원(DGIST) 전기전자컴퓨터공학과 이병문 교수와 함께 다양한 형태의 고성능 소프트 전자소자 및 회로를 쉽고 빠르게 제작할 수 있는 ‘프린팅 기반 선택적 금속 박막 증착 기술(printing based selective metal films deposition technique)’을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구 결과는 지난 22일 세계적 과학 저널인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다.

기상 증착(Vapor Deposition) 방식으로 형성한 금속 박막은 전기 전도도가 뛰어나고 표면 막질이 우수해 전자소자 및 회로의 핵심 구성요소로 쓰인다. 하지만 이 금속 박막을 원하는 모양으로 패터닝할 때는 대개 섀도우 마스크(shadow mask)나 포토 마스크(photo mask)처럼 단단한 성질의 마스크를 활용할 수밖에 없어 패턴을 바꾸기 어려웠을 뿐 아니라 다양한 형태의 표면에서 공정을 진행하기 힘든 한계가 명확했다.

연구팀은 이러한 문제에 대응해 ‘프린팅 기반 선택적 금속 박막 증착 기술’을 개발했다. 이 기술은 금속 증기의 응축을 막기 위해 고분자 소재의 패턴을 활용하여, 별도의 마스크 없이 기상 증착 공정을 진행할 수 있는 방식이다. 이를 통해 마이크로미터(μm)에서 밀리미터(mm)에 이르는 다양한 선폭의 패턴을 원하는 대면적에 맞춰 제작할 수 있다.

▲ 그림 1 : (좌측부터) 2차원 평면, 3차원 곡면, 신축성 기판에서 각각 금속 박막을 패터닝한 모습

또한 연구팀에 따르면 고분자 소재 패턴은 신축성과 기계적 내구성이 뛰어나기 때문에 기존의 방식으로는 패터닝이 불가능했던 다중 곡면이나 변형이 자유로운 탄성 기판 위에서도 이 기술을 사용하면 손쉽게 금속 박막 패턴을 형성할 수 있다. 특히 연구 과정에서 다양한 형상의 금속 박막을 이용해 무선 전력 송신, 곡면 OLED(유기발광다이오드), 신축성 LED(발광다이오드) 어레이 등을 시연해 보임으로써 차세대 프리폼(freeform) 전자소자 및 회로의 구현 가능성을 입증했다는 설명이다.

▲ 그림 2 : (a) 무선 전력 통신을 구현한 모습 (b) 신축성 발광 소자를 구현한 모습

홍용택 교수는 “이번 연구의 의의는 기상 증착 방식에 기반한 고성능의 금속 박막 패턴을 손쉽게 맞춤 제작하는 기술을 개발했을 뿐 아니라 이 기술을 곡면이나 신축성 있는 시스템에 접목함으로써 앞으로 소프트 일렉트로닉스 분야에서의 기존 금속 박막의 활용도를 극대화시키는 전기를 마련했다는 데 있다“고 평가하며 “향후 선택적 금속 박막 증착 기술은 다양한 폼팩터(form factor·물리적 외형) 수요에 대응하는 동시에 언더 디스플레이 카메라(Under-Display Camera)와 언더 디스플레이 얼굴 인식 센서(Under-Display Face Recognition Sensor) 기술의 핵심인 OLED 패널 최상부 공통 전극 내 다공성 투명 구조 형성에 직접 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 본 논문의 공동 제1저자인 정수진 박사, 윤형수 박사는 졸업 후 삼성디스플레이 연구소에서 스트레처블 디스플레이를 포함한 차세대 미래 디스플레이의 기술 개발에 매진하고 있다. 본 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐다.

[참고자료]

https://www.nature.com/articles/s41467-024-51585-2

[문의사항]

서울대학교 공과대학 전기·정보공학부 홍용택 교수 / 02-880-9567 / yongtaek@snu.ac.kr