[전북=내외뉴스통신] 고영재 기자

머리카락 굵기의 광섬유에 반도체 소자를 구현해 내는 신기술을 국내 연구진이 개발했다. 미래 꿈의 제품으로 꼽는 ‘입는 컴퓨터(웨어러블 컴퓨터)’ 개발에 새로운 돌파구가 될 것으로 기대를 모은다.

전북대학교 유연인쇄전자전문대학원 김태욱 교수 연구팀이 차세대 웨어러블 전자기기의 핵심 플랫폼 기술로 활용될 수 있는 ‘고집적(高集積) 전자섬유 기술’을 개발했다고 20일 밝혔다.

이번 연구 결과는 ‘다중 전자회로의 집적화를 통한 차세대 전자섬유 플랫폼(Integration of multiple electronic components on a microfibre towards an emerging electronic textile platform)’라는 제목의 논문으로 세계적인 학술지 네티처(Nature) 자매지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications․IF:14.919) 6월 8일자 온라인 판에 게재됐다. 특히 이 저널의 에디터들이 가장 주목할 논문으로 손꼽는 ‘하이라이트 논문’에도 선정되며 이 연구에 대한 세계 학계의 관심을 반영했다.

이 연구는 KIST 전북분원, 부산대, 전남대, 서울대, 고려대 연구팀이 함께 참여했으며, 한국연구재단 중견연구자 지원사업으로 연구가 수행됐다.

기존 반도체는 평판형기판(웨이퍼)에서 제작되어 상대적으로 유연성이 부족해 의류에 적용 가능한 웨어러블 컴퓨터로 사용하기에는 한계가 있다. 최근 유연기판에 얇게 만들어 패치형으로 의류에 부착하는 형태나 금속섬유와 반도체 섬유를 엮어 전자섬유를 만드는 방법 등의 웨어러블 컴퓨터 제작 기초연구가 수행되고 있다.

그러나 이 기술들은 의류에 일체성이 떨어져 입는 사람으로 하여금 불편함을 느끼게 할 가능성이 크고, 섬유를 엮어서 만드는 경우 고집적(高集積)이 불가능해 고성능의 반도체를 제조할 수 있다. 새로운 전자섬유 플랫폼 기술개발의 중요성이 요구되는 이유다.

이에 김태욱 교수팀은 머리카락 굵기(직경 150마이크론)의 광섬유 코어를 기판으로 사용해 그 표면에 반도체 소자를 제작했다. 머리카락 형태의 섬유 기판에 반도체 공적을 적용하기 위해 모세관 현상을 이용한 ‘포토레지스터’(반도체 패턴을 하기 위한 광반응형 고분자소재)를 코팅하는 방법(CTAC: capillary Tube Assisted Coating)을 적용했다. 10Cm 길이의 섬유 표면에 트랜지스터, 인버터, 링오실레이터, UV센서 및 온도센서를 성공적으로 구현했다.

이를 의류에 적용해 현존하는 최고의 전자섬유 집적도와 함께 높은 성능을 보이는 것을 확인했다. 다양한 구부림, 온도, 그리고 외부 자외선과 함께 세탁전후 및 땀과 접촉된 상황에서도 정상적으로 동작하는 안정성을 확인했다고 연구팀은 밝혔다.

특히 반도체섬유와 전극섬유를 엮어 만드는 기존 전자섬유와 비교했을 때 이 기술은 섬유 표면에 반도체 소자를 집적(集積)하는 것으로, 집적도나 성능 면에서 기존에 보고된 전자섬유와는 전혀 다른 새로운 전자섬유 플랫폼으로 주목된다.

또한 무한히 긴 섬유에 적용할 경우 기존 웨이퍼 기반의 반도체 제조 공정과는 달리 연속 공정이 가능할 것으로 평가되어 웨어러블 반도체 제작의 기존 패러다임 자체를 바꿀 수 있는 게임체인저가 될 것으로 기대되고 있다.

전자섬유 전용공정이 추가로 개발될 경우, 20년 전 출시된 인텔의 펜티엄 CPU를 19.3센티미터의 전자섬유로 구현이 가능하다. 이 점은 이 기술이 향후 섬유형 컴퓨터를 위한 핵심기술로 적용될 수 있는 무궁무진한 잠재력이 있는 핵심기술임을 보여주고 있다.

김태욱 교수는 “기존의 전자섬유와는 달리 현존하는 반도체 공정을 적용하여 머리카락 굵기의 섬유표면에 반도체 소자를 만드는 기술로 고집적 고성능 전자섬유 개발이 가능한 새로운 전자섬유 플랫폼 기술”이며 “본 기술을 적용하면 섬유공장에서 실을 뽑듯, 연속공정이 가능한 새로운 개념의 고성능 전자섬유를 만들 수 있다”고 밝혔다.

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