서울--(뉴스와이어)--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.

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

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 활용해, 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.

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.

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.