KIST, 세탁 가능한 트랜지스터 전자섬유 개발

KIST 광전소재연구단 임정아 박사팀에서 개발한 섬유형 웨어러블 전자소자를 이용해 RGB컬러의 LED를 구동하는 실험을 하고 있다. 사진=KIST

국내 연구진이 1000회 이상 구부리고 세탁해도 성능이 그대로인 전극을 꼬아 옷감을 만들 수 있는 섬유형 트랜지스터를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 임정아 박사팀은 섬유의 특성을 유지할 수 있도록 실 형태를 가지면서 향후 차세대 웨어러블 제품에 응용 가능한 섬유형 트랜지스터를 개발했다고 23일 밝혔다.

최근 웨어러블 전자소자가 시대의 패러다임으로 자리 잡으면서 옷과 같은 섬유에 전자소자의 기능이 결합된 전자섬유에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 섬유는 유연하고 편안하기 때문에 사람이 하루 종일 입고 다녀도 피로감을 덜 느껴 웨어러블 전자소자의 이상적인 플랫폼으로 주목받고 있다.

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 증착해 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 직조했을 때 다른 전자 소자들과의 접촉을 통한 전자 회로를 만들기 어려웠다.

KIST 연구진이 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 1000배 이상의 전류를 얻을 수 있다.

KIST 임정아 박사팀은 실험을 통해 1000번 이상 구부리거나, 원통형의 물체 등에 트랜지스터를 감아 약 ７mm 까지 접은 후에도 성능이 80% 이상 유지되는 것을 확인했으며, 세제를 넣은 물에 세탁한 후에도 성능이 유지된다고 밝혔다. 또한 연구진은 트랜지스터를 옷감의 섬유에 삽입해 LED를 성공적으로 구동시킬 수 있었으며, 심전도 신호를 증폭해 측정하는데 성공했다.

KIST 임정아 박사는 "이번 연구결과는 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 것"이라고 밝혔다.

[e-mail] 김만기 기자