초록 ▼

□ 연구개요
차세대 전자기기는 제조공정비용이 절감되고, 인간 친화적이며, 착용감이 우수한 자유로운 형태로 발전할 것으로 예측됨. 이러한 “Hard to soft electronics”로의 변화는 유기물 반도체 및 나노소재 기술의 발전으로 가능하였으나, 대부분의 유연/신축성 소재들은 변형에 따른 전기적 특성 저하를 수반하는 한계가 있으며 실리콘 기반 전자소자에서 구현되는 고성능 구현은 어려운 실정임. 따라서, high-end급 고성능 유연(인쇄) 전자소자 구현을 위해 높은 성능과 초유연성을 동시에 만족할 수 있는 혁신적인 소재부

□ 연구개요
차세대 전자기기는 제조공정비용이 절감되고, 인간 친화적이며, 착용감이 우수한 자유로운 형태로 발전할 것으로 예측됨. 이러한 “Hard to soft electronics”로의 변화는 유기물 반도체 및 나노소재 기술의 발전으로 가능하였으나, 대부분의 유연/신축성 소재들은 변형에 따른 전기적 특성 저하를 수반하는 한계가 있으며 실리콘 기반 전자소자에서 구현되는 고성능 구현은 어려운 실정임. 따라서, high-end급 고성능 유연(인쇄) 전자소자 구현을 위해 높은 성능과 초유연성을 동시에 만족할 수 있는 혁신적인 소재부품 기술개발이 필요함. 본 연구는 이러한 문제를 해결하여 유기물과 무기물 하이브리드 구조의 초격자(superlattice)를 개발하고, 이를 반도체, 절연체, 전도체층에 각각 적용하여 고성능 초유연 전자소자를 개발함

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 총 수행기간 1년 동안 [1] 초격자 나노구조 설계 및 제조기술 개발, [2] 초격자 구조를 적용한 고성능 TFT 요소기술(전극, 반도체, 절연층 별도 구현) 개발, [3] 전극, 반도체, 절연층의 모든 요소가 초격자 단일구조로 일체화된 고성능 초유연TFT 소자 개발 단계로 연구를 수행함
트랜지스터 소자를 구성하는 도체, 반도체, 절연체 모두를 초격자 구조로 개발하여 개별 요소의 전기적 특성을 최적화하였으며 이를 통해 높은 기계적 안정성/내구성과 고성능의 트랜지스터 소자를 구현함.
- ITO-P12-ITO로 구성된 초격자 구조 투명전극의 경우 700S/cm 이상의 높은 전기 전도도와 300회 이상 1mm 곡률반경의 접힘 실험에서 전기적 특성 변화가 없는 고유연 투명전극으로 개발함
- ZrO_x-P12-ZrO_x 구조의 초격자 나노박막절연체의 경우 최대 900 nF/cm² 이상의 높은 정전용량을 가지며 3MV/cm 이상의 높은 전계에서 높은 내구성과 낮은 누설전류 밀도를 얻음. 이를 박막트랜지스터의 게이트 절연층으로 사용하였을 경우 2V 이내의 매우 낮은 동작 조건에서 안정적인 소자 구동을 특성을 확보함
- IGO-P12-IGO 구조의 초격자 반도체의 경우 8 cm²/Vs 이상의 높은 전계효과 이동도를 구현함. 고유연성의 폴리이미드 필름에 제작하였을 경우 1000회 이상 1mm 곡률반경의 접힘 실험에서도 트랜지스터의 특성 변화가 거의 없이 안정적인 구동을 나타냄. 50V 내외의 전압이 인가되는 조건에서 높은 bias 안정성을 구현함. 또한, 초격자 구조의 박막트랜지스터를 이용해 고집적 인쇄전자회로를 구현할 수 있으며, 본 연구에서는 대표적인 회로요소로서 링-오실레이터 회로를 구현하였으며, 최대 2MHz 정도의 매우 높은 동작 주파수와 30ns 정도의 빠른 stage delay time을 달성함

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해 개발된 유·무기 하이브리드 초격자 구조의 고성능 유연 전자소자 기술은 그동안 유기물 또는 무기물 전자소재가 가지는 기술적 한계를 극복하여 각 소재의 장점을 융합한 혁신적인 기술개발 사례가 될 것으로 기대됨. 고성능 TFT 기술은 디스플레이, 센서, 전자회로 등의 핵심원천 구성요소 기술이며, 이를 위해 TFT의 전극, 반도체, 절연체 층을 개별 특성에 적합한 산화물 소재와 자기조립 특성의 유기분자를 이용해 초격자 구조로 제조함으로써 높은 전기적 특성과 물리적 유연성을 동시에 확보할 수 있음. 초격자 구조는 주기적인 저차원 양자구조 내에 2차원 전자구름을 형성함으로써 전하 밀도를 높이고 ballistic 전하 이동을 가능하게 함으로써 기존 단일 박막의 성능 한계를 돌파하는 전기적, 광학적, 자성 특성을 보여줌. 원자층 단위의 진공증착 공정을 통해 초격자 구조를 제작하는 것에 비해 용액기반 대면적 인쇄전자 기술을 통해 개발될 초격자 구조체는 에너지/디스플레이 소자의 투명전극, 고용량 플래시 메모리, 반도체 집적회로, 사물인터넷 등의 광범위한 기술적, 산업적 응용가치를 획기적으로 높일 수 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구의 필요성 ... 4
• 1.2. 기술개발 목표 및 주요 내용 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1. 유·무기 하이브리드 구조 초격자 설계 및 제조 ... 6
• 2.2. 유·무기 하이브리드 구조 초격자 박막의 물리적 특성 분석 ... 8
• 2.3. 초격자 구조의 전극, 반도체, 절연층을 집적한 고성능 초유연 TFT 소자 개발 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 14
• 대표적 연구실적 ... 16
• 끝페이지 ... 19