체내 삽입 전자소자 원천기술 개발됐다

GIST 연구팀, 물 속에서 장시간 구동가능한 초저전압 전자소자 개발

▲체내에 삽입할 수 있는 전자소자가 개발됐다.[사진제공=GIST]

[아시아경제 정종오 기자] 체내에 삽입할 수 있는 전자소자를 위한 원천기술이 개발돼 관심을 모으고 있다. 국내 연구팀이 용액공정 기반 산화물 초박막으로 물속에서도 장시간 안정적으로 구동 가능한 초저전압(Ultra Low Voltage) 전자소자의 원천 기술을 개발했다. 체내에 삽입할 수 있는 소자나 다양한 수질(水質) 센서 개발에 기여할 것으로 기대된다.

최근 질병 진단 또는 치료 목적의 체내 삽입형 전자소자(implantable electronics) 관련 기술이 각광을 받고 있는데 대부분의 전자소자 활성층은 체액 등 다량의 이온을 포함한 수용액상 전해질과 접촉하면 쉽게 분해되거나 수용액상에서 구동했을 때 높은 구동 전압에 의해 물의 전기분해가 일어나 체내 독성을 유발해 상용화에 어려움을 겪고 있다.

연구팀은 기존의 저비용 용액공정 금속산화물 제작 방법 중 새로운 투명 반도체 조성을 개발해 수용액상에서 녹지 않고 구동됐을 때 물의 전기 분해 없이 장시간 구동 가능한 단위소자를 개발했다. 연구팀은 대부분의 전자소자의 구동 환경에서 피하려는 수분과 수용액 환경을 역이용해 금속산화물 반도체와 결합했을 때 수용액-반도체 계면에 옹스트롬 두께의 초미세 전기이중층 유전막을 형성 할 수 있었다. 이를 통해 기존의 상용 박막 전자소자의 구동 전력 대비 20배 이상 절감할 수 있는 효과를 확인했다.

연구팀이 개발한 전자 소자는 수용성 전해질 기반 소자 중 세계 최고 수준의 1000만 배 이상의 전류 점멸비와 높은 전하이동도 값을 초 저-전압(0.5 V)의 구동 범위 내에서도 가능했다. 이는 매우 낮은 극소 전압에서도 고품위의 전자소자의 성능을 갖고 있기 때문에 인체 내부에 삽입했을 때 유해성이 낮고 인체에서 흘러나오는 미약한 신호를 낮은 전력에서도 쉽게 감지할 수 있을 것으로 예상된다.

이번 연구는 GIST(광주과학기술원) 신소재공학부 윤명한 교수(교신저자)가 주도하고 박성준 박사과정생(제1저자)이 수행했다. 연구 결과는 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 8월14일자 온라인판(논문명 : Sub-0.5 V Highly Stable Aqueous Salt Gated Metal Oxide Electronics)에 실렸다.

윤명한 교수는 "이번 연구로 저비용으로 인쇄가 가능하면서 수용액 전해질에서 안정적으로 구동이 되는 고성능 산화물 반도체가 개발됐다"며 "고비용 초박막 실리콘에 집중된 전자소자 트렌드에서 탈피해 미래 전자소자 기술의 저변을 확장하고 다양한 수질센서 또는 인체 삽입형 전자소자 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr