곤충이나 물의 표면 및 동전 등 기존의 공정으로는 불가능한 여러 곡면 위에 전자회로를 쉽게 부착할 수 있는 신기술이 개발됐다.

한국연구재단은 22일 울산과기대 박장웅 교수(34)와 남성우 박사, 미 하버드대 찰스 리버(Charles Lieber) 교수가 공동으로 전자회로 전체를 그래핀으로 한 번에 합성하는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다.

그래핀(Graphene)은 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질로 높은 전기전도성과 전하 이동도를 갖고 있어 꿈의 신소재로 불린다.

박장웅 교수 연구진은 기존의 딱딱한 반도체칩과는 달리 그래핀을 사용해 전자회로 전체를 한 번에 화학적으로 합성하는 기술을 개발했다.

이렇게 합성된 전자회로는 원자층 두께 정도의 그래핀 계열 재료로만 구성돼 얇고 자유자재로 구부릴 수 있으며 투명하다. 또한 물 위나 곤충 표면, 동전 등 다양한 곳에 붙일 수 있고 센서로도 쓰일 수 있다.

지금까지 반도체칩 제조 공정은 평면 형태의 딱딱한 반도체 재료 위에 다양한 금속 및 절연 물질들을 여러 층으로 쌓으면서 모양을 만드는 다단계 공정으로 이루어져 제조공정이 복잡하고 평평한 형태의 기판만 사용 가능하다는 단점이 있었다. 또한 두꺼운 반도체 기판의 특성상 기존의 소자는 투명하지 못하다는 한계점도 있었다.

박 교수팀은 합성 시 그래핀 층수를 조절해 전체가 그래핀과 흑연으로 이루어진 전자회로를 만들어 기존 반도체칩의 다단계 공정 대신에 전자회로를 한 번에 합성하는 신개념을 제시했다.

또 연구팀은 전자회로를 합성한 후 다른 기판으로 옮기는 방법으로 물 위나 곤충 표면, 동전과 같은 기존의 공정으로는 불가능한 여러 곡면 위에도 전자회로를 쉽게 부착하도록 만들었다.

이렇게 합성된 전자회로는 원자층 두께 정도의 그래핀 계열 재료로만 구성돼 얇고 자유자재로 구부릴 수 있으며 투명하다. 또한 물 위나 곤충 표면, 동전 등 다양한 곳에 붙일 수 있고 센서로도 쓰일 수 있다.

박장웅 교수는 “이번 연구는 전자회로 전체가 한 번에 합성되는 단순화된 공정으로 제조단가를 절감하고, 그래핀의 유연성과 투명성으로 인해 여러 사물에도 전자회로를 부착할 수 있는 새로운 길을 열었다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 과학전문지 ‘네이처’의 자매지인 ‘Nature Materials’지에 온라인 속보 21일자에 게재됐다.

/육심무기자