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  • 종이 위에 실리콘을 프린팅시킬 수 있는 새로운 방법등록일 : 2015/04/24
  • 네덜란드와 일본 연구진은 기판 위에 실리콘 잉크를 코팅하고 레이저로 어닐링함으로써 다결정성 실리콘을 제조할 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

    차세대 마이크로-전자장치 트랜지스터를 개발하기 위해서, 과학자들은 실리콘을 대체할 수 있는 최상의 재료를 찾으려고 노력했다. 이를 위해서, 플렉서블 전자 회로에 대한 최근 연구들은 다양한 유기 및 금속 산화물 잉크 재료에 초점을 맞추었다. 이런 재료들은 실리콘과 같은 우호적인 전기적 특성들이 부족하지만 뛰어난 인쇄성을 제공한다.

    최근에, 네덜란드 델프트 공과대학(Delft University of Technology)과 호쿠리쿠 첨단과학기술대학원대학(Japan Advanced Institute of Science and Technology)의 연구진은 단일 레이저 펄스를 이용하면 회로에 사용되는 다결정 형태의 실리콘이 액체 실리콘 잉크로 기판 위에 직접적으로 제조될 수 있다는 것을 발견했다.

    기판 위에 실리콘 잉크를 프린팅할 수 있는 방법은 몇 가지 존재하지만 350℃의 열 어닐링 단계를 필요로 한다. 이것은 플렉서블 표면이 견디기에는 너무 높은 온도이다. 이번 연구진의 새로운 방법은 이런 단계를 완전히 무시하고 액체 실리콘을 폴리실리콘으로 직접 변환시켰다. 이번 연구진은 저널 Applied Physics Letters에 이 연구결과를 게재했다.

    “이것은 매우 간단하다”고 이 연구를 이끌었던 델프트 공과대학의 Ryoichi Ishihara 교수가 말했다. “우리는 산소-프리(free) 환경에서 종이 위에 액체 폴리실란(polysilane)을 직접적으로 코팅했다. 그 후에 우리는 엑시머-레이저(excomer-laser)로 층을 어닐링했다. 이 레이저는 스마트폰 디스플레이를 제조하는데 사용되는 것”이라고 Ishihara가 말했다.

    레이저 폭발은 나노세컨드(nanosecond)의 수십 분의 1 동안에 유지되었는데, 이것은 종이가 완전히 원래 상태를 가지도록 했다. 이번 연구진은 레이저-프린트된 층을 사용해서 박막 트랜지스터가 기존의 폴리-실리콘 전도체의 것만큼 높은 이동도를 가진다는 것을 발견했다.

    이런 프린팅 능력의 가장 유망한 분야는 착용 가능한 전자장치이다. 왜냐하면 매우 저렴한 고속, 저전력, 플렉서블 트랜지스터를 제조할 수 있기 때문이다. 이번 연구진은 프로젝트의 미래가 밝을 것이라고 믿고 있다. 이 프로젝트는 비-실리콘 층이 포함된 박막 트랜지스터의 제조 프로세스를 향상시키고 더 다양한 분야에 적용될 수 있게 할 것이다.

    “이 프로세스는 생의학적 센서 및 태양전지 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 Ishihara가 말했다. 그리고 심지어 펼 수 있는 전자장치를 구현하게 할 것이다. 이 연구결과는 저널 Applied Physics Letters에 “Solution-processed polycrystalline silicon on paper”라는 제목으로 게재되었다(http://dx.doi.org/10.1063/1.4916998).

    그림. 높은 이동성을 가진 폴리실리콘 층은 액체 실리콘을 코팅함으로써 종이 위에 직접적으로 형성되었다. 이것은 펄스 레이저 광으로 어닐링되었다.
  • 키워드 : 실리콘, 종이, 잉크, 레이저
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑