피부처럼 유연한 트랜지스터…'초박막에 길이 배로 늘어나'

삼성전자 종합기술원 "전자피부·차세대 웨어러블 제품 구현 앞당길 것"

사람의 피부처럼 유연한 트랜지스터(반도체 소자)가 미국 스탠퍼드대와 삼성전자 연구진에 의해 개발돼 웨어러블 전자기기의 상용화가 가속화할 전망이다.

트랜지스터는 전기 신호를 증폭하거나 차단·전달하는 기능을 하는 '스위치'로, 반도체 소자의 기본 요소다.

제난 바오(鮑哲南·Zhenan Bao) 미국 스탠퍼드대 화학공학과 교수와 정종원 삼성전자 종합기술원 전문연구원이 이끈 국제공동연구진은 길이를 2배까지 늘려도 성질이 변하지 않는 트랜지스터를 제작해 국제학술지 '사이언스'(Science) 6일 자에 발표했다.

연구진은 상온에서 고무 탄성이 나타나는 ‘엘라스토머(elastomer)’라고 불리는 고분자 물질 중 하나인 ‘SEBS’ 내에서 유기 반도체 물질(DPPT-TT)을 긴 섬유 형태로 만들었다. 2종류의 고분자 물질은 서로 섞이지 않으면서도 전기가 잘 통하는 동시에 늘어나는 특성이 있다.

연구진이 섬유 형태로 만든 유기 반도체를 잡아서 늘려 크기를 2배로 키워도 늘리기 전과 전하 이동 특성이 변화가 없다는 사실을 알아냈다. 잡아당기기를 100회 반복해도 흠집이 나지 않은 것으로 나타났다.

연구진은 “이번에 개발한 소재로 만든 트랜지스터를 수십 나노미터(nm, 100만분의 1미터) 두께의 얇은 필름으로 만들어 손가락 관절에 붙이는 실험을 진행했다”며 “그 결과 착용하는 데 불편함이 없는 동시에 전기적 특성은 그대로 유지됐다”고 밝혔다.

최근 웨어러블 전자기기가 발달하면서 여기 들어가는 반도체 소자를 가볍고 신축성 있게 설계하는 연구가 세계적으로 활발하다. 하지만 이런 종류의 소자는 늘어나면 전기적 성질이 줄어드는 단점이 있는데, 이번 연구에서 이를 극복할 소재를 찾은 것이다.

삼성전자 종합기술원 측은 "이번 연구에서 제안한 방법은 다양한 유기반도체에 적용할 수도 있다"라며 "전자피부나 신축성 있는 디스플레이 같은 차세대 웨어러블 제품의 구현을 한 걸음 더 앞당겨 줄 것으로 예상한다"고 전했다.