~ 기존 대비 10배 이상의 고성능, 1/10 이하의 저비용화를 실현 ~ 

도쿄대학, 오사카부립산업기술종합연구소 등 연구팀은 인쇄로 제조 가능한 유기온도센서와 고성능 유기반도체 디지털 회로를 개발하여 전자태그로서 온도 센싱과 상용 주파수로 온도데이터를 전송하는데 세계에서 처음으로 성공하였다. 디지털 회로를 이용하는 소비전력의 설계와 실온 부근의 대기 중에서의 반도체 제조공정에 의해 에너지절약을 실현한다. 종래 도포형 유기반도체보다 10배 이상 높은 성능으로 1/10 이하의 저비용화가 가능한 인쇄법으로 형성할 수 있으며, 가볍고, 얇고, 구부릴 수 있으며, 저렴한 온도센서 기능이 가진 플라스틱 전자태그로서 공정관리 및 헬스케어 등 광범위한 용도가 기대된다. 

구체적인 개발 내용은 유기반도체를 도포하여 결정화시키는 기술을 기초로 고성능 유기 CMOS 회로와 도포하여 만들어진 유기 디지털 온도센서를 독자적으로 개발하여 13.56MHz의 상용 주파수에 의해 전파로 디지털 신호의 전송을 실현하였다. 종래 도포형 유기반도체보다 10배 이상 높은 성능이며 1/10 이하의 저비용화가 가능한 인쇄법으로 형성할 수 있으며 센서부도 도포법으로 작성하여 온도 검지기능을 가진 물류관리 태그로서 이용할 수 있다는 것을 나타내었다. 

다음과 같은 기술개발에 의해 디지털 온도센서와 고성능 유기 이론회로를 인쇄 가능한 방법으로 제조하여 13.56MHz의 상용 주파수로 신호를 전송할 수 있다는 것을 실증하였다. 

(1) 도포결정화법에 의한 새로운 CMOS 회로 집적 기술 
도쿄대학 그룹이 개발한 “도포결정화법”은 유기 반도체를 용액으로 도포하는 동시에 결정화시켜 막으로 할 수 있는 간편한 방법이다. 이번에 새롭게 개발한 방법에서는 p형 및 n형의 유기 단결정을 라인형상으로 연속 성장시킴으로써 가로세로 10cm 정도의 ‘유기 CMOS 회로’를 제작할 수 있었다. p형 및 n 형의 유기 반도체 분자가 혼합되지 않고 규칙적으로 배열하기 때문에 고이동도의 유기반도체를 형성할 수 있으며, 집적화에 적합한 다수의 동일 특성의 트랜지스터를 제작할 수 있는 것이 특징이다. 

(2) 인쇄할 수 있는 유기 고분자 디지털 온도센서 
오사카부립산업기술종합연구소 연구팀은 용액으로부터 간편하게 만들 수 있는 유기 고분자 재료 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Polystyrene sulfonate)의 저항의 온도가 변하는 현상에 착안하여 실온부근에서 감도가 높은 저온 도포형 유기온도센서를 개발하였다. 그리고 전형적인 도포형 유기 트랜지스터의 성능(0.1~1cm2/Vs)을 훨씬 상회하는 10cm2/Vs의 캐리어 이동도를 가진 유기반도체 ‘알킬 DNBDT’를 이용하여 저항의 아날로그 데이터를 디지털로 변환하는 회로를 구축하였다. 이것에 의해 물류관리 및 체온 모니터에 이용할 수 있는 인쇄 프로세스에 의한 저비용, 플렉시블 디지털 온도센서를 얻을 수 있었다. 

(3) 저비용 안테나와 직결된 고속 응답 유기 TFT 정류소자에 의한 RFID 디지털 통신의 실현 
토판 폼즈주식회사가 개발한 저비용 안테나 디바이스와 상기 CMOS 회로를 동일 플라스틱 기판에 설치하여 온도센서와 직결함으로써 13.56MHz의 RFID 신호로 통신데이터의 디질털 전송에 성공하였다. 

인쇄 가능한 유기 디지털 회로에 의해 센서 출력의 디지털 변화과 RFID 디지털 통신에 의한 신호전송이 실현된 것은 NFC(near-field communication)용 저비용, 경량, 플렉시블 센싱 디바이스의 개발에 직결된다. 이번 연구개발은 이전의 도포형 유기반도체의 반도체 박막을 형성하여 CMOS회로로서 집적화할 수 있다는 것을 나타내었다. 현재 보다 많은 비트의 데이터 전송을 목적으로 이론회로의 집적화를 가능케 하는 연구개발을 추진하고 있다. 도포, 인쇄법 등에 의해 한 번에 대면적 필름 위에 디바이스를 형성함으로써 저비용 생산이 가능하기 때문에 물류를 효율화하는 에너지절약용 전자테그 및 의료용 센싱 디바이스 등의 보급에 기여한다.  

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』