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고온 열처리 나노와이어 유연 기판서 옮겨 제작

 

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr | 입력: 2017-02-22 15:34

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유연 전자소자에 쓰이는 대표적인 나노물질인 '나노와이어'를 유연 기판에 옮겨 제작, 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 유연 트랜지스터나 열전소자 등 다양한 유연 전자소자 제작에 활용될 전망이다.

KAIST는 윤준보(전기 및 전자공학부) 교수 연구팀이 고온 열처리된 나노와이어 다발 물질을 유연 기판에 옮기는 기술과 이를 이용해 고성능 유연 에너지 수확 소자를 개발했다고 22일 밝혔다.

나노와이어는 나노미터 크기의 와이어 구조체로, 지름이 10㎚미만부터 수백㎚의 크기를 갖는다. 1차원 구조에 기반해 물리·화학적 특성이 우수할 뿐 아니라, 높은 응용성을 가지고 있다. 특히 완벽하게 정렬된 배열과 평균보다 긴 길이 등 특수한 구조를 갖는 나노와이어는 성능이 더 우수하다.

최근에는 나노와이어를 유연 기판에 제작하고 고성능 웨어러블 센서 등의 유연 전자소자에 적용하기 위한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

하지만, 기존 기술은 화학적 합성법으로 제조된 나노와이어를 용액에 섞어 유연 기판에 입히는 방식이어서 나노와이어의 구조적 장점을 활용하는 고성능 소자를 구현하는 데 어려움이 있었다. 아울러, 700도 이상의 초고온에서 안정적인 재료를 제작하기에 부적합해 사용 범위가 제한적이었다.

연구팀은 완벽하게 정렬된 나노와이어 다발을 제작할 수 있는 대면적 실리콘 나노 그레이팅(나노 틀) 기판을 만들고 그 위에 고온에 견디는 나노희생층을 결합하는 새로운 나노 옮기기 기술을 개발했다. 이 기술은 나노희생층 위에 정렬된 나노와이어 다발을 형성하고 고온의 열처리로 나노와이어 특성을 높인 다음 이를 유연 기판에 옮기고 용액으로 나노희생층을 제거하는 방식이다. 나노그레이팅 기판과 나노와이어 사이에 고온 열처리로 나노희생층을 없애면 초고온에서 물성이 확보된 나노와이어를 정렬된 형태로 유연 기판에 안정적으로 제작하도록 구현한 것이라고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 이를 토대로 700도 이상부터 물성이 확보되는 티탄산바륨 나노와이어를 유연 기판 위에 완벽하게 정렬된 형태로 제작했다. 또한 손가락 움직임을 통해 일반적인 티탄산바륨 나노와이어 기반의 에너지 수확소자보다 높은 전기 에너지를 얻었다.

제1저자인 서민호 박사과정은 "초고온에서도 물성이 향상된 나노와이어 물질을 유연 기판 위에 옮기고 이를 이용해 높은 성능의 소자를 만들 수 있었다"면서 "다양한 고성능 유연 전자소자 제작에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 나노과학·공학분야의 국제 학술지 'ACS 나노(1월 30일자) 온라인판'에 실렸으며, 연구재단의 도약연구지원사업의 지원을 받아 연구가 수행됐다.대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr

고온 열처리 나노와이어 유연 기판서 옮겨 제작
윤준보 교수 연구팀이 실리콘 나노그레이팅 기판과 나노희생층 공정을 결합해 새로 개발한 나노 옮기기 기술의 모식도. KAIST 제공



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