초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 과제에서 수행한 스트레처블 나노선 소자 공정기술 연구에서는 (1)우수한 전기 특성을 갖는 다양한 n-형과 p-형의 나노선/나노튜브 성장과 채널 물질간의 전기적 절연과 소자의 특성을 극대화할 수 있는 유/무기 절연층 제작 (2)성장된 나노선의 고유 특성을 유지하면서 늘임이 가능한 기판에 패턴형태로 전이하여 스트레처블 나노선 트랜지스터 소자 제작 (3)스트레처블 인버터를 포함하는 나노선 논리회로 소자 제작 (4)나노선을 이용한 스트레처블 ring oscillator 소자 제작 과정을 통해 입는 컴퓨터 구현

연구의 목적 및 내용
본 과제에서 수행한 스트레처블 나노선 소자 공정기술 연구에서는 (1)우수한 전기 특성을 갖는 다양한 n-형과 p-형의 나노선/나노튜브 성장과 채널 물질간의 전기적 절연과 소자의 특성을 극대화할 수 있는 유/무기 절연층 제작 (2)성장된 나노선의 고유 특성을 유지하면서 늘임이 가능한 기판에 패턴형태로 전이하여 스트레처블 나노선 트랜지스터 소자 제작 (3)스트레처블 인버터를 포함하는 나노선 논리회로 소자 제작 (4)나노선을 이용한 스트레처블 ring oscillator 소자 제작 과정을 통해 입는 컴퓨터 구현을 위한 나노선 스트레처블 전자소자 공정기술을 확립하고자 하였다.
연구결과
본 과제에서 산출한 연구 결과는 다음과 같이 분류할 수 있다.
▶ 우수한 전기 특성을 갖는 다양한 n-형과 p-형의 나노선/나노튜브 확보
- CVD 방법을 통해 나노선을 성장하고, 나노선의 길이, 직경, 도핑, 정렬 정도를 제어하여 원하는 소자에 적합한 특성을 확보
▶ 성장된 나노선의 고유 특성을 유지하면서 늘임이 가능한 기판에 패턴형태로 전이
- 나노선 기판을 슬라이딩하여 나노선을 정렬된 형태로 전이하고 탄소나노튜브는 열접착테이프를 이용하여 패턴형태로 전이
▶ 소자의 절연 및 전계 효과를 극대화할 수 있는 하이브리드 타입의 유/무기 절연층 구현
- 원자층 증착법을 이용하여 성장한 무기박막과 자기조립단분자막 기술을 융합하여 얇으면서도 전계효과가 높고 누설전류가 낮은 절연층 특성을 확보
▶ 늘임과 줄임에 따라 소자의 특성이 변화하지 않도록 스트레인을 최소화하는 전기적 연결 부분 디자인 구현
- 30% 이상의 스트레칭 구동에도 소자 성능에 영향을 주지 않도록 역학적 neutral plane과 곡선형 연결선 디자인 공정
▶ 제작된 스트레처블 소자의 특성 분석과 전 공정의 최적화
- 스트레처블 n-형, p-형 나노선 트랜지스터, 나노선/나노튜브 인버터, ring oscillator소자 제작 공정을 확립하고, 늘임이나 줄임에 안정한 소자 특성 확인
⇒ 나노선/나노튜브를 채널물질로 사용하여 최초로 스트레처블 전자소자 어레이를 제작하여 입는 컴퓨터 구현을 위한 나노선 기반 전자소자 공정 기술을 확립함.
연구결과의 활용계획
외부 전원없이 구동이 가능한 스트레처블 전자 소자를 입는 컴퓨터에 활용할 수 있도록 후속연구를 진행하고자 한다. 이를 위해 에너지 저장장치로 고성능의 스트레처블 수퍼커패시터 공정기술을 확보하고, 본 과제에서 확보한 나노선 기반 스트레처블 전자소자 공정기술과 결합하여 ‘수퍼커패시터가 내장된 신개념 스트레처블 소자 공정 기술’을 확립하고자 한다. 특히, 본 연구에서 확립한 2차원 늘임이 가능한 소자 공정을 넘어 새로운 개념의 3차원 늘임/줄임/비틀임과 같은 변형이 가능한 스트레처블 소자 공정 기술로 발전시키는데 연구 결과를 활용하고자 한다.

Abstract ▼

Purpose&contents
In this project, we have made efforts to establish the fabrication technique of stretchable nanowire electronics for future wearable computers via (1) the growth of various kinds of p-and n-type nanowires with excellent properties and organic/inorganic hybrid dielectric layers, (

Purpose&contents
In this project, we have made efforts to establish the fabrication technique of stretchable nanowire electronics for future wearable computers via (1) the growth of various kinds of p-and n-type nanowires with excellent properties and organic/inorganic hybrid dielectric layers, (2) fabrication of stretchable field effect transistors of the grown nanowires after the transfer, (3) fabrication of stretchable nanowire-based logic devices including inverters, and (4) fabrication of stretchable ring-oscillators.
Result
Results obtained via performing this project are as follows:
▶ Growth of various n-and p-type nanowires with good electrical properties
- CVD growth, control of the length, diameter, doping, and alignment
▶ Transfer of the grown nanowires onto flexible substrate maintaining their intrinsic properties
- sliding transfer of nanowires in aligned pattern and trnafer of SWCNTs by using thermal release tape
▶ Growth of organic/inorganic hybrid dielectric thin film
- preparation of dielctric layers with high field effect and low leakage current by combination of ALD growth of inorganic layer with self assembled monolayer of organic molecules
▶ Design of electrical interconnects for minimizing the strain due to stretching and contraction
- Use of mechanical neutral plane and curved interconnects not to affect the device performance even on the stretching by 30 %
▶ Characterization of the fabricated stretchable devices and optimization of the faabrication process
- Achievement of stable device performance with stretchable n-and p-type FETs, nanowire/nanotube inverter, and ring-oscillators
Expected Contribution
We would like to perform a follow-up research to apply the stretchable electronic devices to wearable computers without external power supply. For this, we will establish the fabrication technique of high performance stretchable supercapacitors as energy storage devices and combine them with nanowire based stretchable elctronics obtained in this project. As a result, noble concept stretchable electronics with embedded supercapacitors will be established. In particular, 2-dimensional stretchable electronic device fabrication technique obtained in this project will be extended to the fabrication of 3-dimensionally deformable electronic devices.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1) 개발의 목적 및 범위 ... 7
• 2) 연구의 필요성 ... 8
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• (1) Stretchable electronics 국내 연구 동향 ... 8
• (2) Stretchable electronics 국외 연구 동향 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 가. 연구수행 방법 및 내용 ... 11
• 1. n 형 반도체 나노선 성장: SnO2, ZnO nanowire ... 11
• 2. p 형 반도체 나노선 성장: 카본나노튜브 ... 12
• 3. 슬라이딩 전이 기법 ... 14
• 4. 원자층 증착법 ... 15
• 5. 유, 무기 절연 박막 패터닝 기술 ... 15
• 6. 유, 무기 하이브리드 절연 박막의 조성 및 성장 기술 ... 17
• 7. Stretchable stage ... 18
• 8. CMOS 인버터 소자 제작 기술 ... 18
• 9. 스트레칭이 가능한 나노선 소자 제작 기술 ... 20
• 나. 연구수행 결과 ... 21
• 1. p 형 카본나노튜브로 제작한 전계효과소자의 전기 특성 분석 ... 21
• 2. 유기 고분자 절연막의 전기적 불안정성 분석 ... 22
• 3. 원자층 증착법으로 성장한 고유전율의 무기박막 ... 27
• 4. 절연 박막 기술 확보 ... 28
• 5. 스트레칭이 가능한 나노선 전계효과소자 ... 31
• 7. 나노선/나노튜브 인버터 소자 ... 38
• 8. 스트레칭이 가능한 소자의 Stretchability 특성 이해 ... 41
• 9. Stretchable 소자 상에 저항 및 capacitor 구현 ... 46
• 10. 늘임이 가능한 나노선 소자어레이 공정기술 확립 ... 47
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 48
• 1) 연구개발 목표달성도 ... 48
• 2) 관련 분야 기술 발전 기여도 ... 49
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 50
• 1) 추가연구의 필요성 및 타 연구에의 응용 ... 50
• 2) 추가연구의 목표 및 기업화 추진 방안 ... 50
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 52
• 1. Sliding transfer method ... 52
• 2. Thermal release tape transfer method ... 52
• 3. Stretchable electronics ... 53
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 54
• 8. 참고문헌 ... 54
• 9. 연구성과 ... 55
• 10. 기타사항 ... 67