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물에서 분해되는 실리콘을 이용한 ....

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글쓴이 최고관리자 등록일 15-01-30 17:22
조회 672

    재료공학을 연구하는 연구자들이 자신들이 만든 기기가 자신들의 눈 앞에서 사라지는 광경을 보게 될 것이다. 관련 연구를 수행하는 연구자들은 몇 달, 몇 주, 심지어는 며칠 이내에 물 혹은 바이오 용액 내에서 분해되는 물 분해 회로기기를 개발 중에 있다. 트랜션트 전자장치(transient electronics)라 불리는 이 기술은 바이오 의학용 이식 장치, 쓰레기가 나오지 않는 센서 및 많은 다른 반도체 장치에 응용 가능할 것으로 보인다. 

    어바나 샴페인의 일리노이대(University of Illinois at Urbana-Champaign) John A. Rogers 및 터프스대(Tufts University) Fiorenzo Omenett가 이끄는 연구팀은 최근에 Applied Physics Letters에 실린 논문에서 다양한 반도체 물질의 용해 및 성능에 대한 연구 결과를 소개하고 있다. 이 논문의 저자들 및 다른 연구자들에 의해 수행된 연구 결과는 실리콘(오늘날 전자기기에서 가장 일반적으로 이용되는 반도체 물질)이 물에 녹을 수 있다는 사실을 보여주고 있다. 비록 많은 양의 실리콘은 분해되는데 수 세기가 걸리지만 실리콘 박막의 경우 5~90nm/day의 속도로 분해가 가능하다. 실리콘은 가수분해에 의해 분해되어 규산(silicic acid)을 만들어낸다. 규산은 환경적으로나 생물학적으로 친화적인 물질이다. 

    이번 새로운 연구에서, 연구자들은 전계효과 트랜지스터 및 원형 오실레이터(oscillator)의 제작에 이용되는 이산화규소(silicon dioxide)와 텅스텐(tungsten)의 분해 특성을 분석했다. 생분해 조건(37도, pH7.4)에서, 텅스텐의 경우 1주일에서 이산화규소의 경우 3달에서 3년 사이의 기간 내에 분해된다. 분해 속도는 이 물질을 구성하고 있는 재료의 두께, 용액 속에서 이온의 농도 및 형태, 원 기질에 이산화규소를 집적하는데 이용한 방법 등에 따라 다르게 조절되었다. 

    현미경 이미지에서 보이는 바와 같이, 회로는 단일 형태로 분해되지 않았으며 어떤 부분이 다른 부분에 비해 더 빨리 분해가 일어나는 형태를 보이고 있다. 이것은 회로에 존재하는 기계적인 분획에 의한 것이며 이 틈을 통해 용액이 다른 부분에 비해 보다 많이 스며든다. 비록 유기 전자재료들 또한 생분해가 가능하지만, 실리콘 기반의 전자기기는 전반적인 성능에서 우수하며 대량생산이 가능한 시모스(complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)) 형태로 제작이 가능하다는 장점이 있다. 

    이에 대해 Rogers는 "트랜션트 전자기기는 일반적인 실리콘 제작 장비를 이용해 제작이 가능하며 이들을 구성하는 디자인이나 재료 물질 등의 선택이 가능하다는 사실을 이번 연구를 통해 알 수 있었다"고 말했다. 트랜션트 전자기기는 다양한 새로운 분야에 응용이 가능한데, 구체적으로 신장, 심장, 폐 등을 모니터링할 수 있는 생분해 센서 등에 응용이 가능하다. 연구자들은 이러한 사실을 가까운 시일 내에 적용할 계획을 세우고 있다. 

    이와 관련해 Rogers는 "우리는 보다 발전된 형태의 회로를 만들고자 하며 이를 통해 상업성을 지닌 분해가능한 전자기기를 만들 계획을 가지고 있다"고 말했다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 [Lan Yin, et al. "Materials and fabrication sequences for water soluble silicon integrated circuits at the 90 nm node." Applied Physics Letters. DOI: 10.1063/1.4905321]을 참고하기 바란다. 

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