[고든 정의 TECH+] 신문지처럼 인쇄하는 박막 미세회로

[서울신문 나우뉴스]

레이저 박막 회로 인쇄기술의 개념도와 출력된 박막 회로. 사진=Purdue University image/Ramses Martinez

종이를 인쇄하는 것처럼 빠르고 저렴하게 전자 회로를 인쇄할 수 있다면 플렉서블 웨어러블 기기나 접었다 펼칠 수 있는 스마트 기기 개발이 훨씬 쉬워질 것입니다. 따라서 많은 기업과 연구자들이 박막 회로를 인쇄하는 기술을 연구하고 있습니다. 예를 들어 몇 년 전에는 포스텍 연구팀이 유기 박막 트랜지스터 회로를 잉크젯 프린터처럼 출력하는 것은 물론 이를 다시 3차원 구조로 쌓는 기술을 공개하기도 했습니다.

하지만 박막 회로 인쇄기술이 기존의 전통적인 반도체 제조 공정이나 전자 기판 제조 방식을 대신하기에는 여러 가지 문제점이 있습니다. 대표적인 문제점 가운데 하나는 대개 잉크처럼 액체 금속을 미세 방울 형태로 출력하다 보니 아주 얇은 미세 회로를 출력하기 어렵다는 것입니다. 또 이렇게 출력한 회로 역시 확대해서 보면 회로의 굵기가 균일하지 않아 저항이 크고 열이 많이 났습니다. 따라서 속도를 높이는 데 어려움이 있었습니다. 아직 우리 주변에서 비닐이나 종이처럼 얇은 플렉서블 전자 기기를 흔하게 접하기 어렵습니다.

그런데 퍼듀 대학의 연구팀이 이를 해결할 수 있는 새로운 방법을 저널 '나노 레터스'(Nano Letters)에 발표했습니다. 이 대학의 람세스 마티네즈 교수가 이끄는 연구팀은 신문지를 인쇄하는 방법에서 힌트를 얻었습니다. 얇은 금속막 위에 흑연층을 입히고 이를 롤러를 이용해서 이동시키면서 레이저를 이용해 표면에 미세 회로를 새긴 후 다시 플라스틱 층으로 덮는 방식입니다.(개념도 참조) 여러 개의 롤러를 통과하면서 최종 완성된 제품은 비닐 속에 든 작은 금박지 같은 형태로 출력됩니다.

연구팀은 이 방법이 기존의 잉크젯 방식보다 훨씬 우월하다고 주장하고 있습니다. 가장 큰 이점은 회로를 훨씬 얇게 출력할 수 있다는 점입니다. 현재 주된 반도체 제조 방식인 리소그래피 공정과 유사한 접근이기 때문에 나노미터 단위의 미세 회로 인쇄도 가능합니다. 두 번째 이점은 회로의 굵기가 균일해 저항이 적고 동작 속도를 높이기 유리하다는 점입니다. 마지막 장점은 레이저 프린터와 비슷한 방식으로 잉크젯 같은 기존의 방식보다 훨씬 빠르게 인쇄가 가능하다는 점입니다. 연구팀은 신문지처럼 저렴하고 빠르게 인쇄가 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

물론 이 신기술 역시 상용화까지는 갈 길이 먼 상태입니다. 상용화를 위해서는 기존의 방식보다 저렴한 것은 물론 제품의 신뢰성과 내구성이 확보되어야 하기 때문입니다. 인쇄 박막 회로의 또 다른 단점은 수명이 짧다는 점입니다. 일회용 의료 기기 형태라면 문제없지만, 여러 번 쓸 수 있는 플렉서블 기기라면 내구성이 충분히 검증되어야 합니다. 하지만 간편하게 인쇄할 수 있는 박막 회로의 이점이 크기 때문에 지금도 많은 연구자들이 문제점을 극복하고 양산을 앞당기기 위해 노력하고 있습니다. 이런 노력이 계속되면 언젠가 미래에 종이처럼 접었다 펼 수 있는 형태의 컴퓨터나 스마트폰이 등장할지도 모릅니다. 물론 스티커처럼 몸에 붙일 수 있는 각종 스마트 센서와 플렉서블 기기 역시 흔해질 것입니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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