웨어러블 전자소자 단 하나로…초저전압 '만능 반도체' 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 정보 처리는 물론, 기억과 발광까지 단 하나의 디바이스에서 모두 수행 가능한 초저전압 반도체가 개발됐다.

한국연구재단은 서울대학교 이태우 교수 연구팀이 아주 낮은 전압에서도 빛나는 영역이 넓고 밝으며, 정보를 기억하는 기능을 동시에 갖춘 새로운 반도체 디바이스를 구현했다고 9일 밝혔다.

웨어러블 전자소자는 단순히 생체 신호를 감지하는 수준을 넘어 데이터를 실시간 처리하고 시각화해 사용자에게 전달하는 방향으로 발전하고 있다.

그러나 신호 처리, 기억, 시각화 기능을 모두 구현하기 위해서는 각기 다른 장치들을 일일이 연결해야 해 복잡한 구조와 큰 에너지 소모라는 한계가 뚜렷하다.

이런 다양한 기능을 한 번에 구현하는데 용이한 유기 트렌지스터가 차세대 웨어러블 전자소자로 각광받고 있으나 높은 전압과 불안정한 발광 영역이 문제로 지적된다.

연구팀은 기존 디바이스가 가진 고전압 구동 문제와 좁은 발광 영역의 한계를 극복하기 위해 새로운 발광 원리를 개발했다.

발광 반도체 내부에 특수 물질(이온 수송 촉진제)을 넣어 전기가 주입되는 에너지 장벽을 낮추고, 정보를 저장하고 처리하는 차세대 메모리 기능을 하나의 반도체에 통합했다.

개발한 '만능 반도체'는 1.5V 건전지 2개만으로도 넓고 안정적인 빛을 냈다. 발광을 위해 100V에 가까운 높은 전압이 필요했던 유기 트랜지스터에 비해 극히 낮은 전압을 요구한다.

또 이온이 움직이고 쌓이는 원리를 통해 사람의 뇌처럼 반복되는 외부 자극을 기억하고 반응을 조절할 수 있다. 이를 통해 단순히 빛을 내는데 그치지 않고 입력된 자극이 누적돼 반응이 달라지고 그 정보를 일정 시간 유지하는 특성을 '온스킨형 디바이스'로 사용자에게 보여줄 수 있다.

이 교수는 "이번 연구는 계산 장치, 메모리, 표시장치를 따로 제작해 연결할 필요 없이 하나의 반도체 디바이스 안에서 모든 기능을 통합 구현할 수 있음을 보여준 성과"라며 "향후 지능형 인공피부와 웨어러블 헬스케어 분야의 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 미래유망 융합기술 파이오니아사업, 글로벌 리더연구 후속사업, 산업자원통상부의 한국에너지기술평가원 인력양성 사업의 지원으로 수행됐다.

성과는 재료 분야 국제학술지 '네이처 머티리얼스(Nature Materials)'에 온라인 게재됐다.

jongseo12@news1.kr