[충남일보 김태진 기자] 국내 연구진이 늘리거나 구부려도 빛 감지 능력이 뛰어난 신축성 나노소자를 개발했다.

이 기술은 인공망막 구현, 신축성 광전자 소자 개발 등에 응용될 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 나노입자연구단이 다양한 형태로 변형해도 가시광선 영역의 빛을 정밀하게 감지 가능한 신축성 나노소자를 개발했다고 8일 밝혔다.

사람의 눈은 곡률변화에도 다양한 파장대의 빛을 어떠한 시력 저하 없이 정밀하게 감지할 수 있지만 전자소자는 형태가 변화하면 빛 감지 능력이 떨어진다.

이에 연구진은 인체 눈의 기능성을 모사하기 위해 양자점, 유기 반도체성 고분자, 고무처럼 탄성력이 있는 탄성중합체를 최적의 비율로 합성해 고신축성 반도체 양자점 나노복합소재를 개발했다.

또 이 소재 기반으로 제작된 능동 매트릭스형 다층구조 포토트랜지스터 어레이에 머신러닝기법을 적용해 형태가 변해도 다양한 빛을 정확하게 감지 할 수 있도록 했다.

연구진은 나노복합소재에서 나타난 탄성중합체 내의 양자점과 유기 반도체 소재 간의 상분리 현상에 주목했다.

연구진은 소재가 늘어나면 양자점의 간격이 벌어지며 전기적 성능이 떨어지지만 유기 반도체 소재가 이 간극을 메꿔 소재가 늘어나도 빛을 전기로 안정적으로 변환할 수 있게 했다.

이와 함께 머신러닝기법을 적용해 신축성 전자소자가 가지는 물성적 한계를 보완하며 광전기적 성능 안정성을 높였다.

연구진은 서로 다른 빛 감응성을 지닌 포토트랜지스터 어레이를 다층구조로 적층시켜 물리적 변형을 가하면서 다양한 파장대의 빛을 감지시켰다. 이때 발생된 전기적 성능 저하를 머신러닝기법으로 정확도를 높였다.

개발한 포토트랜지스터 어레이를 구성하는 모든 소재는 반도체 공정과 호환이 가능하고, 소자 집적도를 크게 높일 수 있어 더 작은 크기의 소자를 만들 수 있기 때문에 고해상도 구현이 가능하다.

기존 신축성 소재는 반도체 공정에서 변형이 일어나거나 녹아서 원하는 모양과 크기의 소자 제작이 어려웠다.

개발된 소재는 고해상도가 요구되는 광각 카메라나 인공망막의 핵심기술로 활용될 수 있다.

손동희 교수(IBS 나노입자연구단 객원연구원)는 “고신축성 광전소재·소자 제작 기술과 머신러닝 기법 간의 융합은 인공망막 구현에 중요한 열쇠가 될 것”이라고 말했다.

김대형 IBS 나노입자연구단 부연구단장은 “유연한 광학 소재 및 소자 제작 기술은 고해상도를 요하는 차세대 신축성 광전자소자 발전에 크게 기여할 것”이라고 했다. 

현택환 IBS 나노입자연구단장은 “개발된 나노합성물 제작 방법은 광학 소재뿐만 여러 종류의 나노소재들과 고분자, 탄성중합체를 조합할 수 있어 고기능성 신축성 나노소재 제작에 다양하게 응용될 수 있다”고 말했다.

이번 연구성과는 나노분야 최고권위의 학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 온라인 판에 8일 게재됐다.