MSDE학과 안지환 교수팀과 기계자동차학과 옥종걸 교수팀(제1저자 이재형,고도현 연구원/공동저자 이우승,이승현,김근회,신정우,김혜인 연구원)이 최신 반도체 공정인 원자층 증착 공정 및 나노 패턴 제작 공정을 활용해 고성능의 3차원 유연 커패시터 개발에 성공했다고 발표하였다.

<(좌로부터) 안지환 교수, 옥종걸 교수, 이재형, 고도현 연구원>

유연 커패시터를 포함한 고성능의 유연 전자소자는 최근 관심이 집중되고 있는 wearable/rollable 전자기기의 핵심 부품으로써 전자기기의 고도화에 발맞추어 활발한 연구개발이 진행되고 있다. 안지환/옥종걸 교수 공동 연구팀은 플라즈마 원자층 증착법 (Plasma-enhanced atomic deposition, PEALD)의 플라즈마 에너지를 조절하여 결정질의 이산화 타이타늄 (Titanium dioxide, TiO2) 박막(~20 nm)을 저온에서(<100℃) 성공적으로 증착하였다.

플라즈마 원자층 증착법은 최신 반도체 공정 중의 하나로 얇은 막을 원자층 단위로 정밀하게 증착할 수 있고, 복잡한 형상 위에서도 일정한 두께의 박막을 고품위로 증착시킬 수 있는 기술이다. 또한, Dynamic nano-inscribing (DNI) 방식으로 정밀 제작된 3차원 나노 구조의 유연 기판 위에 PEALD 증착법을 적용하여 고성능의 유연 커패시터를 제작, 하부 유연 기판의 복잡한 3차원 구조를 그대로 유지하면서도 높은 축전 성능(24.2 nF/mm2)과 굽힘(10 mm, 108회) 및 고온 구동(100℃ 이내) 안정성을 달성하였다. 이는 원자층 증착법을 활용하여 제작한 유연 커패시터 성능 중 가장 높은 성능이다. 본 연구 결과로 높은 성능의 전자소재를 저온에서 직접 증착하고 유연 소자에 적용할 수 있음이 다시 한번 증명되었고, 이를 통해 유연 전자소자의 고성능화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구개발 결과는 미국 출판사 와일리(Wiley)에서 발간하는 응용 소재 분야 최우수 저널인 Advanced Materials Technologies 의 2023년 1월호 표지 논문(front cover article)으로 선정되었다.

본 연구는 과기정통부 중견연구자지원사업과 산업통상자원부 나노융합기술개발사업 및 교육부의 대학중점연구소사업(에너지환경연구소)의 지원을 받아 수행되었다. (본 연구를 수행한 이재형, 고도현 연구원은 현재 각각 서울대학교, University of California San Diego(UCSD)에서 연구를 계속하고 있다.)
(논문 출처: “High-Performance Nanostructured Flexible Capacitor by Plasma-Induced Low-Temperature Atomic Annealing”, Advanced Materials Technologies
(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admt.202201134))

< 관련 그림 >