간단한 ‘스핀’ 방법으로 ‘접는 반도체’ 만든다

– POSTECH 김오현 ㆍ박수문ㆍ이문호 교수 연구진 개발…제조비용 1/10으로 크게 낮출듯

– 소비 전력 극소화…한 번 충전으로 한 달 사용하는 노트북도 개발 가능

– “비휘발성 메모리 반도체 제조기술 중 제품화가 가능한 수준의 개발은 처음”

 용액을 떨어뜨리고 돌리는 간단한 방법으로 전자종이, 접거나 입는 컴퓨터에 활용되는 ‘접을 수 있는 반도체’를 제조하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

 포스텍 김오현(전자전기공학) ㆍ박수문(화학), 이문호 교수 공동 연구팀은 차세대 메모리 분야에서 각광을 받고 있는 비휘발성 메모리 플라스틱 신소재를 공동으로 개발하고 이를 이용해 고성능 비휘발성 메모리 반도체 소자를 제조하는 데 성공했다.

 15일 신소재 분야의 대표 전문 저널인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’를 통해 발표되는 이 기술은 기존 반도체 소자로 활용된 구리 프탈로시아닌(CuPcㆍCopper Phthalocyanines)을 단량체로 하는 고분자 ‘곁사슬 구리 프탈로시아닌(HCuPcㆍHyperbranched Copper Phthalocyanine)’을 이용했으며, 전압 및 전류에 따라 박막의 전도성을 변화시켜 정보를 저장하고 읽는 WORM(Write-once-read-many time)방식을 사용한다.

 이들 공동연구팀이 이용한 고분자를 활용하면, 간단한 스핀코팅(spin coating)* 공정으로 원하는 두께만큼 활성층을 만들 수 있어 제조공정이 간편해질 뿐 아니라, 생산 비용도 기존의 1/10 수준으로 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

 기존 제조공정에 사용되고 있는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)*은 화학물질이 자발적으로 기판에 흡착되어 성장하도록 해야 하기 때문에 생산 비용이 올라가는 것이 큰 단점으로 지적되어 왔다.

 또 이 소재를 이용한 소자는 신호ㆍ정보처리 시간이 수십 나노초(1나노초는 10억분의 1초) 수준에 불과해 1.0볼트 이하의 아주 적은 전력으로도 구동이 가능하기 때문에 이를 활용하면 충전 한 번으로 한 달 동안 사용이 가능한 노트북 컴퓨터도 개발할 수 있다고 연구진은 설명했다.

 이 반도체는 플라스틱 신소재를 사용해 가볍고 쉽게 구부릴 수 있고, 3차원적으로 고집적화가 가능해 접는 전자신문, 전자책이나 노트, 휘어지는 화면, 접거나 입는 컴퓨터와 같은 미래형 디지털 제품에 사용될 전망이다.

 이문호 교수는 “비휘발성 메모리 반도체 기술은 전 세계 연구소들도 이제 막 개발을 시작하고 있는 ‘걸음마’ 단계의 분야”라며 “제품화가 가능한 수준으로 개발한 것은 우리가 처음인데다 플래시 메모리의 속도와 대용량화의 한계점을 극복할 수 있는 이른바 ‘포스트 플래시 메모리(Post Flash memory)’ 제품이어서 이번 성과에 반도체업계의 이목이 집중되고 있다”고 밝혔다.

 이 공동연구팀은 지난해 8월에도 고성능 비휘발성 메모리에 활용되는 플라스틱 신소재를 개발, ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’를 통해 발표한 바 있다.

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※ 스핀코팅(Spin Coating)

 용액상태에서 원심력을 이용한 박막형성 기술

※ 화학기상증착법 (chemical vapor deposition)

 IC(집적회로) 등의 제조공정에서 기판 위에 규소 등의 박막을 만드는 방법으로 화학물질을 포함하는 가스에 열이나 빛으로 에너지를 가하거나, 고주파로 플라스마화하여 원료물질의 반응성이 높아져 기판 위에 흡착, 퇴적하게 하는 방법이다.

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