재료: 그 장치는 값싸고 휴대 가능한 스마트 표지와 감지기들을 위한 기초가 될 수 있을 것이다. 종이에 인쇄되는 전자장치는 싸고 유연하고 재활용가능할 것이고, 식품이나 약물에 스마트 표지로서나 입을 수 있는 의학 센서와 같은 응용들로 이끌어 줄 수 있을 것이다. 

종이에 인쇄된 전자장치가 싸고 유연하며 재활용가능할 것으로 보이고 입을 수 있는 의학 감지기들로서 또는 식품과 약물들에서 스마트 표지와 같은 응용으로 이어질 수 있을 것이다. 많은 공학자들이 종이 위에 트랜지스터나 태양 전지들을 인쇄해냈지만, 스마트 장비의 한 가지 중요한 구성요소가 빠졌었다—기억. 이제 대만에 있는 연구자들의 그룹이 보통의 조이 조각 위에 작동하는 기억을 인쇄하는 잉크-젯 기술을 사용하는 방법을 개발했다(ACS Nano 2014, DOI:10.1021/nn501231z). 

전기 기억의 기초로서 종이를 사용하는데 한 가지 도전과제는 그것이 섬유로 만들어지기 때문에, 미세 수준에서 매우 거칠고 다공성이어서, DRAM(dynamic random access memory)과 같은 전형적인 기억 기술이 필요로 하는 얇고 균일한 물질 층을 놓는 것을 어렵게 한다는 것이다. 이 문제를 피하기 위해서, 이 새로운 인쇄 기억의 개발자들은, 그러한 표면 차이에 대응하기에 충분히 간단한 구조를 가진 비교적 새로운 종류의 기억인, RRAM(resistive random access memory)을 만들기로 결정했다. RRAM 장비에서, 절연 장치를 그것에 전압을 적용함으로써 다른 수준의 전기 저항에 설정할 수 있다; 한 수준의 저항은 디지털 연산의 1에 해당한다; 다른 것은 0에 해당한다. 그래서 RRAM에서 각각의 비트는 두 개의 전극들 사이에 끼인 절연 장치로 이루어진다. 

국립대만대(National Taiwan University)의 Ying-Chih Liao와, Si-Chen Lee, Jr-Hau He가 이끈 팀은, 비록 금속, 절연체, 그리고 전도체의 다른 조합들도 사용될 수 있었지만, 은과, 이산화티타늄, 탄소를 가지고 그 장치를 만들었다. 그들은 아래 전극을 형성하기 위해서 종이 위에 탄소 반죽을 덮기 위해서 스크린-인쇄 과정을 사용함으로써 시작했다. 그 과정은 10번 반복해서 표면의 거친 정도를 줄여주었고, 그 다음에 그 덮인 종이를 진공에서 10분 동안 섭씨 100도에서 보존처리했다. 그들은 그 다음에 아세틸 아세톤(acetyl acetone) 안에 TiO2 나노입자들을 섞음으로써 잉크를 만들고 잉크-젯 인쇄기를 사용해서 탄소 위에 그 입자들의 층을 놓았는데, 거기서 그것은 절연체로서 작용할 것이다. 그것이 마른 다음에, 연구자들은 은 나노입자들을 포함하는 물과 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)의 용액을 사용했고, 상부 전극으로 작용하도록 TiO2 층 위에 은 점들을 인쇄했다. 

그들이 인쇄한 각각의 은 점은 약 50마이크로미터였고 이웃들로부터 15마이크로미터 떨어져 있어서 각 메모리 비트는 100마이크로미터이다. 그 크기에서, 표준 8.5 인치 11인치 종이는 1MB 메모리를 가질 수 있다. 그 논문의 주저자인 Der-Hsien Lien은 기존의 초미세 잉크-젯 기술은 1마이크로미터 이하의 점들을 만들 수 있는데, 이것은 같은 크기의 종이가 1기가바이트를 수용할 수 있게 해줄 것이라고 말했다. 그 비트들을 읽고 쓰는 것에는 100에서 200마이크로초가 걸리는데 이것은 고-성능 컴퓨팅을 위해서는 충분히 빠르지 못하지만, 그 팀이 상상하는 종류의 응용들을 위해서 적절하다고 Lien은 말했다. 그 메모리는 또한 튼튼하다고 증명되었다; 그것은 성능이 감퇴하지 않고 적어도 1000번 구부러질 수 있다. 

종이를 기반으로 하는 전자장치에 몰두하고 있는, New University of Lisbon에 있는 재료 과학자인 Rodrigo Martins는 종이 메모리가 표지나 스티커에 인쇄된 스마트 감지기와 같은 응용의 개발을 위해서 중요한 단계라고 말했다. 연구자들은 또한 중합체 물질을 기반으로 하는 유연한 전자장치들을 개발하고 있지만, 그는 종이를 기반으로 하는 장치가 더 싸고 재활용하기 더 쉬울 것이라고 생각했다. 그러한 장치들은 그 영역이 강력하고, 입을 수 있는 전자장치에 더 가까이 갈 수 있게 해준다고, 그는 말했다. 

[그림1 인쇄 중. 새로운 인쇄된 기억 장치(중간)는 은 나노입자들(왼쪽)의 50-마이크로미터-너비 점들로 이루어진 비트로 구성된다. 왼쪽 이미지는 가운데에 있는 이미지에 T의 확대된 부분을 보여준다. 주사 전자 현미경 이미지(오른쪽)는 그 탄소, 티타늄 이산화물과 은 층들을 가진 그 종이 장비의 단면을 보여준다. 
http://cen.acs.org/articles/92/web/2014/07/Researchers-Print-Electronic-Memory-Paper.html
출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』