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언젠가는 고체 실리콘의 전구체인 액체를 이용한 새로운 반도체 공정 기술이 미소전자 장치의 제조를 위해 사용되고 있는 전통적인 증착법을 대체할지도 모른다. 일본의 연구진이 개발한 공정은 대면적 표시장치 및 고급 전자 장치를 제조하기 위해 저비용의 잉크젯 프린터를 사용한다.
현대 미소전자 장치의 핵심은 엄격하고 에너지 집약된 공정을 통해 구축되는 실리콘 기반 기술이다. 제조자들은 미소전자 장치를 구축하기 위해 진공에서 고순도의 실리콘을 가열하고 증착한 후 지지체 물질에 침착시키는 층간 방식(layer-by-layer fashion)을 이용한다. 일반적으로 전체 공정은 고체 필름을 기능성 회로 소자로 변환시키기 위해 다단계의 정제, 침착, 에칭 공정을 필요로 한다.
최근 현대의 고해상도 프린팅 기술을 이용하여 용액상(solution-phase) 반도체 박막 잉크로 정밀한 회로를 그리는 보다 간단한 액체상 접근법이 개발되었다. 최근까지 이러한 공정은 유기 반도체 및 다른 물질 용액을 이용하여 성공한 사례가 거의 없었다.
상온에서 액체이고 용액상 공정으로 변화될 수 있는 실란 전구체 물질이 화학적으로 고품질의 고체 실리콘 필름으로 변환될 수 있다는 사실이 일본 연구진에 의해 보고되었다. 공정을 통해 제조된 실리콘 필름은 박막 트랜지스터에 순차적으로 도입될 수 있다.
필름을 형성하기 위해 세이코 엡손사의 마사히로 푸루사와 및 탓수야 시모다, JSR사의 야수오 마수키(Masahiro Furusawa and Tatsuya Shimoda of Seiko Epson Corp., Yasuo Matsuki of JSR Corp.) 연구진은 시클로펜타실란[cyclopentasilane(Si5H10)]을 자외선으로 조사하여, 상온 액체가 고리 열림 고분자 반응(ring-opening polymerization)을 진행하도록 하였다. 이는 비휘발성 폴리실란(polysilane) 사슬을 생성한다. 그 후 연구진은 물질을 분해하고 무정형 실리콘 필름을 형성하기 위해 폴리실란을 가열하였다. 무정형 물질의 전하 운송체 이동도(charge-carrier mobility) 및 기타 성질이 전자소자 응용에는 적합하지 않았기 때문에 연구진은 보다 정렬된 다결정성 실리콘 필름을 형성하기 위해 무정형 필름을 고강도 자외선으로 처리하였다.
필름을 평가하기 위해 연구진은 박막 트랜지스터를 제조한 후, 장치의 전자소자 성질을 측정하였다. 연구진은 전통적인 침착법으로 제조된 필름의 성능과 유사한 다결정성 실리콘 필름이 간단한 스핀 코팅(spin coating)을 통해 제조될 수 있다는 것을 확인되었다. 하지만 연구진의 잉크젯 공정이 스핀 코팅된 필름의 성능을 능가하지는 못했으나, 유기 물질 용액으로 제조된 필름보다는 우수하였다. 따라서 연구진은 현재 개발된 방법의 최적화 및 액체만을 이용하는 제조 공정의 개발에 연구의 초점을 맞추고 있다.
'Nature' 논평에 위의 연구결과를 “특별한 흥미 유발”로 표현한 빅토리아 대학교(University of Victoria) 화학과 교수인 리사 로젠버그(Lisa Rosenberg)는 액체 실리콘을 이용하는 잉크젯 프린팅 기술이 고밀도 집적 회로의 패턴에 이용될지의 여부는 시간이 결정할 문제라고 말했다.
그녀의 논평에 관계 없이 개발된 기술은 표시장치 및 다양한 응용을 위해 간단하고, 저렴하며, 유연한 회로 제작을 가능케 할 것이다
출처 : KISTI 2006.04.17 |