초록 ▼

연구개요
섬유의 장점인 유연하고 자연스러운 착용감을 유지하는 웨어러블 전자섬유를 구현하기 위하여 전자소자 구동에 있어 기본이 되는 스위칭 소자인 전계효과트랜지스터（FETs)를 섬유형태로 제작하는 기술을 개발함．이를 위하여 (1) 마이크로 섬유에 유기반도체, 절연막, 전도막 등의 박막을 균일하게 코팅할수 있는 공정 기술을 개발하고, (2) 기존에 보고되었던 섬유형 전계효과 트랜지스터의 낮은 전류 및 높은 구동 전압특성, 전극의 접촉저항 등 문제점을 획기적으로 개선할 수 있는, 마이크로 섬유의 assembly를 이용한 새로운 섬유

연구개요
섬유의 장점인 유연하고 자연스러운 착용감을 유지하는 웨어러블 전자섬유를 구현하기 위하여 전자소자 구동에 있어 기본이 되는 스위칭 소자인 전계효과트랜지스터（FETs)를 섬유형태로 제작하는 기술을 개발함．이를 위하여 (1) 마이크로 섬유에 유기반도체, 절연막, 전도막 등의 박막을 균일하게 코팅할수 있는 공정 기술을 개발하고, (2) 기존에 보고되었던 섬유형 전계효과 트랜지스터의 낮은 전류 및 높은 구동 전압특성, 전극의 접촉저항 등 문제점을 획기적으로 개선할 수 있는, 마이크로 섬유의 assembly를 이용한 새로운 섬유형 유기 트랜지스터 구조를 제시 및 아이디어를 검증하고자함. (3) 최종적으로는 개발한 고성능 섬유형 트랜지스터의 직조를 통하여 심전도 등 인체신호를 모니터링 할 수 있는 직물일체형 웨어러블 센서로의 응용성을 제시하고자 함.

연구 목표대비 연구결과
(1) Capillary-coating을 이용한 마이크로 섬유의 박막 코팅기술 개발 및 코팅된 유기반도체 박막의 파괴인성 및 몰폴로지 제어
- Capillary coating unit을 제작하여 균일한 박막 코팅 기술 개발을 성공함．
- 유기반도체의 자기조립을 유도하여 나노구조를 제어함으로써 박막의 파괴인성이 증가한 것을 확인하였으며 결정성이 향상되는 것을 확인함．
(2) 전극섬유 assembly 기반의 섬유형 OFET 소자 특성 연구 및 유기반도체 분자배향 향상을 통한 소자 성능 향상 연구
- 최종적으로 확보한 섬유형 트랜지스터의 구조는 100 μm 지름의 Au 전극섬유에 100~1000 nm의 P3HT 박막이 코팅된 소스와 드레인 섬유가 꼬아졌으며, 그 외곽을 PVDF-HFP 이온젤 층 (200 μm 두께) 이 감싸고 있고, 게이트 전극인 Au 전극섬유가 이온젤 층 위에 한번 더 감겨져 있는 구조를 가지고 있음.
- 위의 구조는 섬유형 OFET의 길이，유기반도체의 두께를 이용하여 소자의 채널 폭과 길이를 각각 조절 할 수 있음．
- 유기반도체의 분자배향이 용액의 aging 시간을 증가함에 따라 제작된 섬유형 OFET의 성능에 유리하게 배향하는 것을 확인하였고 소자성능 역시 향상된 것을 확인함．
(3) 섬유형 OFET의 인체신호 센싱 연구
- 개발한 섬유 삽입형 DSA-fiber FET의 소스 전극을 심장에 연결 한 후, OFET의 transfer 상태에서 off상태 (V_G< V_th), subthreshold swing (SS) 상태 (V_G< V_th) 에 따른 신호증폭 효과를 살펴봄. 그 결과, SS 영역에서 ECG에 따른 volgate 변화로 가장 많은 전류의 변화 신호를 감지할 수 있었음.

연구개발결과의 중요성
(1) 저전력에서도 고성능을 보이는 섬유형 OFET을 구현함으로써 기존 연구된 섬유형 트랜지스터소자의 성능을 획기적으로 개선하였으며 전력 소모가 적어 웨어러블 시스템에 적용할 수 있음．
(2) 본 연구를 통해 개발한 섬유형 OFET을 이용하여 미세한 전위차 감지가 필요한 심전도 모니터링을 성공하였으며，이는 인체신호 모니터링이 가능한 전자섬유의 가능성을 충분히 보여주며 차별화된 기술을 선보였다고 판단됨．
(3) 본 연구에서 확보된 섬유 박막 코팅 기술은 향후 다양한 나노 및 기능성 소재의 섬유코팅에 대한 기초지식을 제공하며， 다양한 섬유형 소자의 기술 개발에 적극적으로 활용될 것으로 생각됨．
(4) ３차원 형태의 섬유위에서의 유기반도체 소재 특성을 연구함으로써 새로운 분야에서 유기반도체 소재가 연구될 수 있는 가능성을 제시함．

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 1) 마이크로 섬유의 Capillary-coating 기술 ... 6
• 2) 유기반도체 박막 파괴인성 향상 및 전극섬유 assembly 연구 ... 8
• 3) 전극섬유 assembly기반 섬유형 OFET 소자 특성 연구 ... 11
• 4) 마이크로 섬유사에 코팅된 유기반도체 분자배향 및 몰포로지 제어를 통한 성능향상 연구 ... 14
• 5) 고성능 섬유형 FET 응용 인체신호 센싱 연구 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 37