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포스텍 BK사업단 연구팀, 우주에서도 쓸 수 있는 ‘접는 반도체’개발

– 온도 변화 안정성 뛰어난 ‘우주복 섬유’ 폴리이미드 활용 반도체 제작 성공

– 생산 비용 절감 및 합성 공정 단축 가능해 상용화 가능성 높여 

영하 120도(℃)에서 영상 150도까지 온도가 급변하는 우주에서도 안정적으로 사용할 수 있는 ‘접는 반도체’가 포스텍 연구진에 의해 개발됐다.

 포스텍 BK 미래정보기술사업단 김오현(53ㆍ전자전기공학과)교수,포스텍 BK 분자과학사업단 이문호(54ㆍ화학과/포항가속기연구소)교수, 함석규(32ㆍ화학과)박사팀은 ‘우주복 섬유’로도 알려진 폴리이미드(polyimide) 고분자를 활용해 고성능 비휘발성 메모리 반도체 소자를 제조하는데 성공했다.

 13일 신소재 분야의 대표 전문 저널인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’ 최신호를 통해 발표되는 이 반도체 제조 기술은, 영하 269℃~영상 400℃의 온도 영역에서도 안정적으로 사용가능한 폴리이미드 고분자를 활성층(active layer)으로 이용함으로써 우주공간에서도 활용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

 특히 폴리이미드 고분자는 기계적 강도도 우수하기 때문에 활성층 뿐만 아니라 기판으로도 활용 가능해 반도체 제작 단가를 크게 낮출 수 있으며 기존에 활용된 다른 유기물질에 비해 합성 시간이 짧아 제조시간도 단축할 수 있다.

 또, 간단한 스핀코팅 공정*으로 원하는 두께의 활성층을 얻을 수 있어서 대량생산에도 쉽게 적용할 수 있다.

 폴리이미드를 이용한 반도체는 어떤 온도에서나 성능이 안정적일 뿐만 아니라 2V 이하의 아주 적은 전력으로도 구동이 가능하므로 한 번 충전으로 한 달 사용이 가능한 노트북 컴퓨터 개발에도 활용할 수 있다.

 또, 폴리이미드의 특성상 매우 가볍고 쉽게 구부릴 수 있으며 고집적화가 가능해 접는 전자신문이나 전자책, 전자 종이, 접는 컴퓨터, 옷에 입는 컴퓨터 등에도 활용할 수 있다.

 특히 이 소재가 우주에서도 사용이 가능하다는 점을 감안하면, 기존에는 없었던 새로운 패러다임의 미래형 디지털 제품 개발이 가능할 것으로 기대된다.

 포스텍 BK 분자과학사업단 이문호 교수(포항가속기 연구소장)는 “기존의 실리콘이나 금속 산화물을 이용하는 비휘발성 메모리 기술에 비해 이 기술은 제조공정이 단순하고 제조시간을 크게 단축할 수 있어서 제조 원가를 10분의 1로 줄일 수 있다는 것이 가장 큰 장점”이라며 “차세대 고성능 비휘발성 메모리 반도체를 낮은 단가로 제조할 수 있는 이 기술은 상용화 시기도 크게 앞당길 수 있을 것으로 전망한다”고 밝혔다. 

POSTECH,

LED 대체할 ‘차세대 광원’ 원천기술 개발

– 전자전기공학과 권오대교수팀…눈에 피로주지 않는 ‘절전 청색 광양자테’ 레이저 개발

– 청색레이저 상용화 가속화… 조명ㆍ휴대폰ㆍ차세대 디스플레이에 활용

  최근 높은 전력효율성으로 각광을 받고 있는 LED(발광다이오드)를 대체할 ‘차세대 레이저 광원’의 원천기술이 국내 연구팀에 의해 개발됐다.

 포스텍 전자전기공학과 권오대(權五大ㆍ61) 교수ㆍ박사과정 김영천(金煐千ㆍ27) 씨 팀은 기존 LED의 성능보다 우수한 청색의 ‘부드러운 3차원 수직공진형 광양자테(PQR: Photonic Quantum Ring) 레이저’를 최초로 개발했다.

 이번에 개발된 기술은 기존의 LED가 갖고 있는 단점을 대폭 보완할 것으로 기대돼 더욱 눈길을 끈다. 기존 LED의 응답속도가 메가헤르츠(MHz)를 넘기기 어려운데 비해 레이저는 수백 메가헤르츠에서 기가헤르츠(GHz)급까지 빠른 응답속도를 보이고, 이 같은 응답속도는 고주파로 변조할 수 있어 조명기구는 물론, 휴대폰이나 차세대 디스플레이 등 여러 분야에 활용될 것으로 기대된다.

 수 마이크론(μ) 미만의 질화갈륨 광양자테 레이저가 벌집처럼 집적된 이 레이저는  일반 레이저가 가지고 있는 눈이 부시고 어른거리는 ‘스페클(speckle) 현상’도 없어 눈에 피로감을 주지 않을 뿐 아니라, ‘광파 질서’ 현상에 의해 마이크로(1백만분의1)~나노(10억분의 1) 암페어 급의 낮은 전류로도 구동돼 전력 소모가 적고 섭씨 150도를 넘어가도 안정적인 파장을 내보내는 등 장점을 갖췄다.

 또 권 교수팀은 기존에 잘 알려져 있던 2차원 ‘속삭이는 회랑’* 공진 대신 광양자테의 3차원 ‘속삭이는 동굴’* 공진을 이용해 레이저 활용의 큰 걸림돌이었던 재료의 ‘반사도’에 대한 민감도를 줄였다. 이에 따라 별도로 레이저 광원에 사용되는 웨이퍼가 아닌 기존 LED에 활용되는 웨이퍼를 그대로 활용할 수 있게 돼 상용화 가능성을 한층 더 높였다. 

 연구팀은 “빛 추출 효율을 높이기 위해 표면을 변질하거나 깎는 등의 공정을 요하는 LED와는 달리 레이저는 정규 소자공정을 사용, 표면공정으로 유발되는 문제도 없고 추가공정도 필요치 않아 소자신뢰도를 높이고 제작비용도 절감하는 효과가 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

 무엇보다 주목할 점은 LED는 대부분의 원천특허권을 일본이 보유하고 있는 반면, ‘광양자테 레이저 광원’은 우리나라 연구팀이 한국과 미국, 일본 등에 관련기술에 대한 특허를 가지고 있는, 독보적인 ‘원천기술’이라는 점이다.

 권오대 교수는 22일 미국 캘리포니아주 산호세(San Jose)에서 열리는 국제광전자공학회(SPIE) ‘포토닉스 웨스트 2008(Photonics West 2008)’에 참석, 초청강연을 통해 이 같은 연구결과와 함께 세계최저전류 메가픽셀급 레이저칩 개발 등에 관해 소개할 예정이다.

 한편, 이번 연구는 한국광기술원 백종협 박사팀이 참여하였으며, 과학기술부ㆍ한국과학재단의 ‘국가지정연구실’, 교육인적자원부의 ‘BK21′ 사업, 나노기술집적센터, 그리고 삼성전자, LG이노텍의 지원으로 이루어졌다.

※박사학위 우수 논문상 및 Best TA 최우수상, 우수상 시상식 사진 보기 클릭

 
*일    시  :2008년02월13일 오전 10시30분 
*장    소 :주임교수실 
  

◇박사학위 우수 논문상 :  임종부
    
◇ Best TA Award  최우수상:    정상일
     Best TA Award        우수상:    최인영 
 
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축하드립니다. 
 
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