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광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 김봉중·윤명한 교수 공동연구팀이 이산화바나듐 다결정 박막을 대면적 유연성 플라스틱 기판 위에서 구현하는 데 최초로 성공함.

이산화바나듐은 '절연체-금속 상전이' 현상이 상온에 가까운 온도(68℃)에서 수십 펨토초(10~15초)의 속도로 매우 빠르게 일어나, 차세대 스위칭 소자(열 센서, 광센서, 가스 센서, 열화상 카메라, 트랜지스터, 비휘발성 메모리)의 핵심소재로 주목을 받고 있음.

그러나 결정질 이산화바나듐 박막은 주로 물리적인 증착법을 사용해 500℃ 이상의 고온에서만 제작이 가능해 고온에 취약한 플라스틱 기판에 적용할 수 없는 한계가 있었음. GIST 연구팀은 심자외선 광연소 공정법을 통해 폴리이미드 기판 위에서 결정질 이산화바나듐 박막을 형성하기 위한 임계 온도를 500℃에서 250℃로 낮추는 데 성공했음.

연구팀은 유연한 플라스틱 기판 위에 수 ㎠에 이르는 이산화바나듐 소자 배열을 만들어, 소자 배열의 모든 부분에서 균일하고 신뢰성 있는 상전이 특성을 나타내는 것도 확인했음.

김봉중 교수 등은 "이번 연구성과는 이산화바나듐 결정 박막을 용액공정을 이용하여 플라스틱 기판 위에 합성하고 소자의 신뢰성을 확보한 최초의 결과다"며 대면적 플렉시블 스위칭 및 전자소자에 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 밝힘. 이어 "심자외선 광활성화법을 금속산화물 절연체를 넘어 다양한 결정질 기능성 금속산화물 박막에 활용할 수 있는 새로운 지평을 열었다"고 평가함.

본 연구 성과는 ‘Chemistry of Materials’ 온라인 판에 게재됨.