전기 발광(Electroluminescent) 저항 효과(Resistive Effect)에 기반한 저항 랜덤 액세스 메모리(Resistive Random Access Memory, RRAM)는 비(非)휘발성(Nonvolatile) 메모리로 구조가 간단하고, 에너지 소모가 적으며, 밀도가 높고, 신속히 해독할 수 있는 등 강점을 보유하고 있기 때문에 발전 잠재력이 제일 큰 이머징 메모리 기술 중 하나로 평가 받고 있다. 동시에 웨어러블(Wearable) 전자 디바이스의 신속한 발전에 따라 플렉시블 전기 발광 저항 재료와 플렉시블 저항 메모리 디바이스 연구개발은 현재 과학기술계와 산업계의 높은 관심을 받고 있는 상황이다.
중국과학원 자성 재료 및 디바이스(Magnetic Materials and Devices) 중점 실험실(닝보 재료 기술 및 공정 연구소) 리룬워이연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 무기 및 유기 재료의 저항 효과 및 메커니즘에 대한 연구를 실행해 다양한 혁신적 과학연구 성과로 이슈가 되고 있다.
연구팀은 BiFeO3(Appl. Phys. Lett. 97, 042101(2010)), ZnO(Adv. Mater., 24, 3941 (2012)), HfO2(Adv. Funct. Mater. 24, 2110（2014）), 산화 그래핀(Appl. Phys. Lett. 95，232101(2009)， J. Mater. Chem. 22, 16422(2012)), 폴리 쉬프베이스(PA-TsOH)(J. Am. Chem. Soc, 134, 17408-17411 (2012)) 박막 등 재료 시스템 속에서 전기 필드 제어 활성 금속 이온 혹은 산소 이온 이전, 기능 그룹 흡수/탈착, 유기 이온 도핑 등 물리화학 과정을 통해 안정적인 저항 효과를 취득하는데 성공했다.

사이보그를 포함한 공상영화의 이미지를 떠올리게 하는 바이오일렉트로닉스(Bioelectronics)라는 단어는 실제 빠르게 성장하고 있는 분야로, 생물학과 전자공학의 경계를 포괄하면서 많은 흥미로운 진보를 이뤄왔다.
최근 생화학적 감지, 조직 진단(Tissue Characterization) 및 장기의 모니터링에 적용되는 새로운 생의학 기기에 대한 연구보고가 급증하고 있는데, 국소변환기로서 사용될 수 있는 유기 전기화학 트랜지스터(OECTs: Organic Electrochemical Transistors)는 이런 개발의 핵심을 담당하고 있다.
OECT의 핵심 특징 중 하나는 Sub-Volt 범위에서 증폭특성으로, 이는 세포 및 동물실험에 필요한 장기간의 가능 시간을 확보하고 전기분해를 방지하는 역할을 한다. 증폭이란, 생물학적 현상에 대한 신뢰성 높은 변환기로 사용될 수 있기 때문에 다양한 분야에서 높은 민감도를 갖는 감지를 가능하게 해준다는 것을 의미하는데, 이것은 부분적으로는 OECT 기반의 기기들이 생의학적 목적으로 사용되는 기존의 전기화학적 센서들의 단점을 피해갈 수 있는 잠재력이 있다는 것을 뜻한다.
본 내용을 발표한 프랑스 마이크로일렉트로닉스 연구소에서는 “유기 바이오전자공학 분야는 지난 10년간 본 궤도에 올랐으며, 사용되는 모든 형태 중에 OECT가 가장 중요한 높은 민감도(Sensitivity)를 만족시킬 수 있기 때문에 생물학자들의 예리한 안목에서 볼 때 높은 잠재력을 가지고 있는 것”으로 사료된다고 전했다.

▲ 발전세포를 측정하기 위한 OECTs (사진. KISTI 미리안)

일본의 물질재료연구기구(National Institute for Materials Science)의 연구진은 유기 반도체를 이용하는 트랜지스터에서 큰 향상을 이끄는데 성공했다고 밝혔다. 이 연구결과는 플렉서블하고 매우 얇은 컴퓨터 스크린을 구현하는데 큰 역할을 할 수 있을 것으로 예상된다.
과학자들은 최근에 광활성 유기 전계 효과 트랜지스터에 많은 관심을 가지고 있다. 이 장치는 유기 반도체가 결합돼 있고, 약한 전기적 신호를 강화하며 빛을 방출하고 수신하는 유기 전계 효과 트랜지스터는 프린트하거나 플렉서블한 전자장치와 같이 저렴한 대면적 전자장치를 제조하기 위해서 개발됐다.
연구진은 광방출 유기 전계 효과 트랜지스터가 2003년에 처음 제안된 후에 많은 진보가 이뤄졌다고 보고했다. 이 분야의 연구는 비용 효율적인 방법을 사용해서 새로운 유기 포토닉스를 제조할 수 있게 되었으며, 이번 연구진은 광방출 유기 전계 효과 트랜지스터의 광 방출 효율과 휘도를 향상시키는데 크게 기여했다는 평가를 받았다. 또한, 추가적인 연구 결과를 통해서 새로운 디스플레이 기술을 개발하고 있다고 전했다.
연구진은 광발광 및 수광 트랜지스터를 결합시킨 장치에서 몇 가지 문제점을 발견했는데, 이러한 문제들을 해결하기 위해서는 다학제간의 협력이 필요하다고 발표하며, 10년 후에 플라스틱으로만 만들어진 플렉서블 계산 장치가 출시될 것이라고 예상했다.

▲ 유기 반도체를 이용한 트랜지스터의 성능 향상 (사진. KISTI 미리안)