직물 및 의류 일체형 웨어러블 전자소자를 위한 섬유형 트랜지스터 개발

 

- 전도성 실, 면사와 함께 직조하여 옷감 일체형 전계효과 트랜지스터 구현
- 스마트 의류, 차세대 웨어러블 제품 개발에 응용 가능할 것으로 전망

입을 수 있는 웨어러블 스마트의류를 위한 섬유형 트랜지스터가 개발됐다. 옷감 위에 딱딱한 고체 전자소재와 센서를 달아 하루종일 입고다니기 불편했던 스마트의류의 단점을 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

 

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 임정아 광전소재연구단 박사팀이 전도성 실 위에 1회 코팅으로 절연막과 반도체 막을 동시에 형성할 수 있는 기술을 개발, 실 형태의 전계효과 트랜지스터를 구현하는데 성공했다고 7일 밝혔다.

 

다양한 전자소자 중에서 트랜지스터는 센서, 디스플레이 등 전자소자 구동에 있어 기본이 되는 스위칭 소자로 섬유형 전자소자 구현에 있어 필수적인 부품이다.

 

그러나 반도체와 절연막, 전도성 전극의 복잡한 다층구조로 이뤄져있어 섬유형태로 구현하는데 어려움이 있었다. 또 기존에 보고된 섬유형 트랜지스터는 절연막과 반도체 사이의 계면접착력이 좋지않아 외부 변형에 소자 성능이 나빠지는 단점이 있었으며, 반도체 층이 섬유의 한쪽 면에만 형성되어 있어 섬유상 직접 직조해 넣는데 한계가 있었다.

 

이에 연구진은 용액공정이 가능한 유기반도체와 절연체 고분자의 혼합물(블렌드) 용액을 전도성 실 표면에 1회 코팅해, 혼합물에서 자발적으로 상분리를 일으켰다. 이를 통해 유기반도체가 실 가장 바깥쪽 표면에 막을 형성하고 그 안쪽에는 절연체 막이 형성되어 절연막·반도체 이중층으로 감싸진 전도성 섬유 구조체를 제작하는데 성공했다. 

 

임 박사팀에 따르면 개발한 섬유 구조체는 절연막·반도체 층의 계면접착성이 우수해 소자를 3mm 까지 접은 후에도 소자의 성능이 80% 이상 유지되는 특성가졌다. 또 섬유 표면 전체에 절연막·반도체가 고르게 형성되어 있어, 트랜지스터 성능이 균일하게 나옴을 알 수 있었으며, 전도성 실을 소스와 드레인 전극으로 사용하고 일반 면사와 함께 직조하여 옷감 안에 트랜지스터 소자를 직접 삽입할 수 있는 전자섬유를 제작할 수 있게 됐다.

 

연구팀 관계자는 "직조 가능한 섬유형 트랜지스터로서 기존의 평면상에 제작한 유기반도체 트랜지스터와 유사한 특성과 성능을 구현할 수 있음을 보여준 의미 있는 결과"라며 "차세대 웨어러블 컴퓨터, 인체신호 모니터링 기능을 가지는 스마트 의류 등 한층 똑똑해진 차세대 웨어러블 제품을 개발하는데 응용 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

연구성과는 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스에 지난 2월 19일자로 게재됐다.