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IBS 나노입자연구단·부산대 공동 연구진
응력 다른 소재로 기판 제작,블록 체인 계약소자 쉽게 분리
국내 연구진이 반도체 공정 중 하나인 전사 과정을 쉽고 안전하게 할 수 있는 기술을 개발했다.기판에서 떼어낸 소자를 다른 기판으로 옮길 때 3차원(3D) 구조의 고성능 유연 소자 제작도 가능하게 하는 기술이다.
김대형 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 부연구단장이 이끄는 연구진은 부산대 연구진과 공동으로 스티커를 떼어내듯 전자 소자를 기판에서 손상 없이 분리하는 전사 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.전사에 필요한 시간과 비용을 대폭 줄일 수 있어 고성능 전자기기 제작에 널리 응용될 것으로 기대된다.
전사 공정은 기판에서 소자를 떼어내 옮기는 공정으로 반도체를 만들 때 반드시 필요한 과정이다.최근에는 고온에서 안정적인 단단한 기판 위에서 고성능 소자를 만들고,블록 체인 계약유연한 기판으로 옮겨 플렉서블(Fexible) 장치를 만드는 데도 활용된다.
기존 전사 공정은 기판과 소자 사이의‘희생층’을 화학물질로 제거하는 방식으로 이뤄진다.다만 유독한 화학물질을 사용해 작업자의 건강에 악영향이 있을 수 있고,블록 체인 계약소자에도 화학적인 손상이 발생할 수 있다.화학물질을 대체하기 위해 물이나 레이저를 이용하는 방법이 개발됐으나 고가의 장비와 추가적인 처리 공정이 필요하다는 한계가 있다.
IBS 연구진은 기판의 특성을 제어해 소자를 손상 없이 떼어내는‘무손상 건식 전사’기술을 개발해 이 같은 문제를 해결했다.표면의 소자를 쉽게 떼어낼 수 있는 기판 소재를 개발해 물리적인 힘을 이용해 전사를 가능케 했다.
기판은 서로 다른 응력을 가진 박막을 두 층으로 쌓아 만들었다.응력은 외부에서 힘을 가할 때 내부에서 발생하는 힘을 말한다.이렇게 만든 기판을 구부리면 박막의 변형률의 차이로 변형 에너지가 방출된다.변형 에너지 방출률이 소자와 기판 사이의 결합보다 강하면 손쉽게 기판에서 소자가 떨어져 나온다.
연구진은 새롭게 개발한 기판 위에서 소자를 만든 뒤 도장을 찍고 기판을 구부려 소자를 떼어내는 공정을 개발했다.떼어낸 소자는 원하는 기판에 옮겨 붙일 수 있다.
신윤수 IBS 선임연구원은 “독성 물질을 사용하지 않으며,블록 체인 계약소자 손상이 적고 후처리도 필요 없어 전사 시간이 짧다는 장점이 있다”며 “대면적은 물론 마이크로 규모의 작은 패턴까지 전사가 가능해 활용 가능성이 크다”고 말했다.
연구진은 다양한 패턴의 2차원(2D) 박막을 3차원(3D) 구조체로 변형시킬 수 있다는 것도 확인했다.소자를 새로운 기판에 옮겨 붙일 때 접착층의 패턴에 따라 다양한 구조를 만들 수 있다.
이상규 IBS 책임연구원은 “재료의 물성만을 제어하여 무손상 건식 전사 프린팅 기술을 개발했다”며 “2차원 박막을 3차원 구조체로 만들 수 있는 특징으로 입체 구조를 갖는 다양한 소자 제조에 관한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지‘네이처 머티리얼즈’에 지난 21일 소개됐다.
참고자료
Nature Materials(2024),블록 체인 계약DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-024-01931-y
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