[기계신문] 한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 임정아 박사팀은 섬유의 특성을 유지할 수 있도록 실 형태를 가지면서, 세탁해도 성능이 유지되는 옷감에 삽입 가능한 섬유형 트랜지스터를 개발했다. 트랜지스터는 전류나 전압흐름을 조절하여 증폭, 스위치 역할을 하는 소자로써 전자섬유 구현에 있어 필수적인 부품이다.
현재의 기술수준은 옷감 위에 기존 센서 등의 딱딱한 전자소자 자체를 단순히 붙이거나, 전도성 섬유를 이용하여 소자들 사이를 연결하는 형태에 머물러 있어 섬유의 편안함을 기대할 수 없는 단계였다.
기존에 개발된 실 형태의 트랜지스터는 한 가닥의 전도성 실 위에 평면 구조의 트랜지스터를 증착하여 제작되는데, 이렇게 만들어진 전극은 구동하기 위해 높은 전압이 필요하고, 얻을 수 있는 전류 값이 낮아 LED와 같은 디스플레이 소자를 구동시키는데 한계가 있었다.
또한, 세탁을 위한 보호막을 트랜지스터 위에 형성하거나 직물에 직조하였을 때 다른 전자 소자들과의 접촉을 통한 전자 회로를 만들기 어려웠다.
KIST 연구팀이 개발한 트랜지스터는 전극을 꼬아 연결한 구조를 갖는다. 연구진은 이 구조를 통해 실의 길이와 반도체의 두께를 조절하여 낮은 전압(-1.3V 이하)에서 기존에 개발된 트랜지스터에 비해 1,000배 이상의 전류를 얻을 수 있다.
임정아 박사팀은 실험을 통해 1,000번 이상 구부리거나, 원통형의 물체 등에 트랜지스터를 감아 약 7mm까지 접은 후에도 성능이 80% 이상 유지되는 것을 확인했으며, 세제를 넣은 물에 세탁한 후에도 성능이 유지된다고 밝혔다.
또한 연구팀은 트랜지스터를 옷감의 섬유에 삽입하여 LED를 성공적으로 구동시킬 수 있었으며, 심전도 신호를 증폭하여 측정하는데 성공했다.
임정아 박사는 “이번 연구 결과는 그동안 전자섬유의 한계로 지적되었던 낮은 전류, 높은 구동전압, 세탁 내구성 등의 문제를 해결할 수 있는 새로운 소자 구조를 제시한 것으로, 차세대 웨어러블 컴퓨터나 인체신호 모니터링 기능을 가진 스마트 의류 등 한층 똑똑해진 차세대 웨어러블 제품을 개발하는데 있어 이번 연구가 응용 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다.