10nm(nm나노미터) 이하로 얇고, 유연하게 휘어지면서도 균일한 두께를 유지하는 ‘고분자 절연막’이 한국과학기술원(KAIST) 연구진에 의해 처음으로 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST·총장 강성모) 생명공학과 임성갑 교수, 전기 및 전자공학과 유승협, 조병진 교수 공동 연구팀은 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법(initiated chemical vapor deposition, iCVD)’을 이용, 고분자 절연막을 개발했다고 10일 밝혔다.

10㎚(나노미터) 이하로 얇지만 유연하고 휘어지면서도 균일한 두께를 유지해 사물인터넷 소자 제작에 활용될 것으로 기대된다.

그동안 무기물 소재를 기반으로 한 절연막은 유연성이 부족하고, 고온에서만 공정이 가능해 활용폭이 좁았다.

공동 연구팀은 이러한 문제점을 해결할 수 있도록 기체 상태의 반응물을 이용해 고분자를 박막 형태로 합성하는 방법인 ‘개시제를 이용한 화학 기상 증착법(iCVD)’를 사용했다.

이는 개시제(initiator) 등을 기화시킨 뒤 저진공의 반응기 안에 주입하고, 이를 열에너지로 활성화시켜 고분자를 필름 형태로 합성하는 방법이다.

기존의 방식과는 달리 용매나 첨가제가 필요없어 고순도의 고분자를 낮은 온도에서도 쉽게 합성할 수 있다.

이를 통해 연구팀은 10㎚ 이하의 얇은 두께에서도 무기물 기반 소재에도 손색이 없는 절연성을 가진 절연막을 만들었다.

연구팀은 또 이를 유기반도체, 그래핀, 산화물반도체처럼 차세대 반도체를 기반으로 하는 트랜지스터에도 적용, 우수한 이동성을 갖는 저전압 트랜지스터를 개발하는데도 성공했다.

이미 스티커 필름 형태의 전자 소자로 만들어 시연한 바 있고 동국대 노용영 교수 연구팀과 협력해 iCVD 고분자 절연막이 대면적 유연 전자소자 기술에 적용할 수 있다는 사실도 확인했다.

웨어러블 및 플렉서블 기술이 폭넓게 사용될 미래형 전자기기 제작에 핵심 요소소재로 활용될 것으로 보인다.

임 교수는 “이번에 개발된 박막의 절연특성은 기존 고분자 박막으로는 구현할 수 없었던 매우 높은 수준”이며 “플렉서블 전자 소자 등 차세대 전자 기술에 핵심적인 역할을 할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부의 한국연구재단 신진연구자 지원사업 및 중견연구자 지원사업, 글로벌프론티어사업 나노기반 소프트일렉스토닉스 연구단의 지원을 받아 문한얼, 신우철 박사(전기 및 전자공학과)와 성혜정 학생(생명화학공학과)이 참여해 수행됐다.

연구 결과는 재료분야 국제 학술지인 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’온라인 속보판에 게재됐다. 이민규기자