[창원=뉴스핌] 남경문 기자 = 한국재료연구원(KIMS)은 수소 희석률 정밀 제어를 통해 90℃ 저온에서도 결함이 적은 비정질 실리콘 유연 광소자를 개발했다고 10일 밝혔다.

이번 성과는 고온 공정의 한계를 극복하고, 웨어러블 전자기기와 이미지 센서 등 차세대 전자산업에 적용 가능한 고성능 센서 제작 가능성을 열었다.

유연기판에서 제작한 광소자 및 단면 구조 [사진=한국재료연구소] 2025.07.10

유연 광소자는 얇고 휘어지는 기판 위에 박막을 형성해야 해 기존에는 250℃ 이상의 고온 공정이 필수였다. 이로 인해 열에 약한 유연 기판에는 적용이 어려웠다.

연구팀은 플라즈마 PECVD 공정에서 수소와 실레인(SiH₄) 가스 비율을 정밀하게 조절해 저온에서도 균일한 박막 품질을 확보했다. 여기에 수소 패시베이션 기술을 더해 재료의 전기적 성능 향상과 결함 최소화를 동시에 달성했다.

포토레지스트(PR)를 희생층으로 활용하는 방식도 도입됐다. 포토레지스트는 열에 약한 기판에도 안정적으로 박막 증착이 가능하며 이후 간단히 제거할 수 있어 전체 제작 과정의 효율성이 높아졌다. 별도의 복잡한 식각 없이도 고품질 소자를 구현할 수 있다는 점에서 산업계 관심이 크다.

이번 기술로 제작된 소자는 기존 대비 약 60% 낮은 온도에서 생산됐음에도 불구하고 빛 감응도가 기존 고온 공정보다 96% 수준까지 유지됐다. 또한 곡률 반경 5mm 조건에서 2700회 이상 반복 굽힘 시험 후에도 성능 저하가 없어 내구성과 신뢰성을 입증했다.

권정대 책임연구원은 "수소 희석률 정밀 제어라는 아이디어를 통해 경제성과 성능 모두를 갖춘 유연 광전자 소자 개발 가능성을 확인했다"고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국에너지기술평가원의 지원으로 진행됐으며 부경대학교 반운익 교수팀과 협력해 수행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science)에 게재됐다.

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