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2011. 8. 10. 06:00 대덕밸리과학소식/KAIST

일반적으로 집적도가 높은 전자소자 제작을 위해서는 고비용의 노광 혹은 광식각 공정이나 고진공 전자빔 공정을 통한 금속 패턴의 제작이 필수적입니다.

최근에는 잉크젯 및 롤투롤(Roll to Roll) 프린팅 기술을 이용해 직접 금속 패턴 제작이 시도되기도 합니다.
그러나 공정 특성상 1㎛(100만 분의 1미터) 이하의 정밀도 달성에는 한계가 있어 고집적·소형화는 여전히 불리했습니다.

KAIST는 기계공학과 고승환·양동열 교수팀이 플렉시블 디스플레이 전자소자 제작을 위한 차세대 금속 나노패터닝 기술개발에 최근 성공했습니다.

연구팀은 펨토초 레이저 소결공정을 이용해 수백나노의 고정밀도 금속 패턴을 단일 공정으로 제작하는 기술을 개발했는데요.

이 기술을 이용하면 다양한 기판에서 고정밀 패터닝이 가능하기 때문에 이를 유기 전자소자 기술 등과 결합하게 되면 성능과 집적도가 우수하면서도 자유자재로 휘어질 수 있는 고성능 플렉시블 전자소자나 디스플레이 등이 실현될 수 있을 전망입니다.

연구팀은 3~6nm(10억분의 1미터) 크기의 녹는점이 낮은 은 나노 입자와 열확산을 최소화할 수 있는 금속 나노입자의 펨토초 레이저 소결공정(Femtosecond laser selective nanoparticle sintering, FLSNS)을 개발했습니다.

더불어 유리, 웨이퍼, 고분자 필름 등 다양한 기판위에 1㎛이하의 고정밀도 금속 패턴을 단일 공정으로 제작할 수 있는 기술도 개발했고, 이 기술을 이용해 최소 정밀도 380nm 선폭의 극미세 금속패턴 제작에도 성공했습니다.

선택적 금속 나노입자 펨토초 레이저 소결 공정


극미세 금속 패턴

연구팀은 개발된 금속 패터닝 기술을 KAIST 전기 및 전자공학과 유승협 교수팀과의 협력을 통해 유기 전계효과 트랜지스터 제작공정에 적용하면서 차세대 플렉시블 전자소자 제작에 활용될 수 있는 가능성을 제시했습니다.

고승환 교수는 고가의 진공 전자빔 공정을 통해서만 제작 가능했던 기존의 디지털 직접 나노패터닝 기술을 비진공, 저온 환경에서 구현함으로써 전자빔 공정을 대체할 수 있을 뿐만 아니라 향후 다양한 플렉시블 전자소자 제작에 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

이번 연구결과는 재료과학기술 분야의 세계적 권위의  학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 7월호에 게재됐습니다.

고승환 교수

양동열 교수



  용 어 설 명

금속 나노패터닝 : 고밀도로 집적된 전기/전자회로 구현을 위해서는 1㎛이하의 선폭을 갖는 고정밀도 금속패턴 구현 기술이 필요하다. 이에 따라 기존의 방법이 아닌 새로운 패터닝 공정에 관한 다양한 연구를 수행 중에 있다.

광식각 증착공정 : 미세 패턴 제작으로 널리 사용되어지고 있는 공정으로 빛에 반응하는 재료에 대해 선택적으로 빛을 조사하여 미세 패턴을 제작하고 원하는 물질을 고온, 진공 조건하에서 증착하는 공정으로 기존의 디스플레이, 반도체 제작 공정으로 이용되고 있다.

유기 전계효과 트랜지스터 : 전자기기 구동회로의 핵심소자인 트랜지스터는 전류의 흐름을 선택적으로 조절하는 역할을 한다. 트랜지스터의 구성에는 전류가 흐르는 채널로서 반도체가 필수적인데, 통상적으로는 고온처리가 필요한 실리콘 (Si)이 쓰이고 있다. 유기 전계효과 트랜지스터는 채널 물질로 박막의 유기반도체가 쓰이는 것으로서, 상대적으로 낮은 온도에서 플라스틱과 같은 다양한 기판에 제작 가능하여 유연한 전자 소자 제작에 이상적이며, 궁극적으로 소자 제작이 인쇄 방법으로 구현 될 경우 저비용 전자소자 제작에도 활용 가능할 것으로 예상되고 있다.

펨토초 레이저(femtosecond laser) : 긴 시간 동안 일정한 출력으로 레이저를 방출하는 연속형 레이저와는 달리 짧은 시간 동안만 레이저를 방출하는 것을 펄스형 레이저라고 한다. 이러한 펄스형 레이저의 방출 시간을 천조분의 1초, 즉 10-15초 까지 낮춘 것이 펨토초 레이저이다. 이러한 매우 짧은 펄스폭은 레이저가 조사되는 재료 내부에 열이 확산하는 시간(10-12s, 피코초)보다 짧기 때문에 가공시 열영향부가 작아 정밀 가공에 응용할 수 있다. 



이재형 기자 1800916@cctoday.co.kr

posted by 글쓴이 과학이야기

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