기존에는 마이크로 크기의 작은 칩을 기판에 정확히 이동시키기 위해서 칩들을 집어 기판 위에 위치시키는 방식을 주로 사용하였으나, 많은 시간이 소요되는 단점이 있었습니다.

삼성전자 SAIT 연구진은 학계와의 협력을 통해, 이러한 문제를 해결할 수 있는 ‘FAST(Fluidic-assisted self-alignment transfer)’ 기술을 고안해 냈습니다. 이는 액체를 활용한 습식 전사 방식으로, 용액 안에 분산되어 있는 수십~수백 마이크로미터 크기 칩 표면의 반데르발스 힘을 이용하여 칩들을 한 방향으로 100% 정렬하고 전사하는 기술입니다. 아래 그림과 같이 칩들이 들어 있는 용액을 분사한 후, align-bar라는 기계 장치가 쓸어주는(sweeping) 방법으로 수많은 칩을 한 방향으로 정렬하고 전사할 수 있습니다.

* 반데르발스 힘(van der Waals’ force): 중성인 분자에서 극히 근거리에서만 작용하는 약한 인력

삼성전자 SAIT 연구진 황준식(1저자) 님, 황경욱(교신저자) 님은 충북대 정재욱, 숭실대 유건욱 교수와 공동으로 이 기술을 연구했으며, 이러한 새로운 정렬 방법이 적용된 40㎛ 크기의 마이크로 LED를 FAST 기술을 통해 8인치 크기의 기판에 빠르게 전사하고 정렬하는데 성공했습니다. 또한 기판을 구동할 수 있도록 연결함으로써, 향후 디스플레이에도 이 기술을 적용할 수 있음을 확인했습니다.

또한 기존의 방식은 칩들을 정렬, 전사하기 위해 칩 뒷면의 모양을 변경해야 해서 추가적인 공정이 필요했던 반면, FAST 기술을 활용한 방식은 칩 제작 단계 이외에 별도의 공정은 필요하지 않다는 장점이 있습니다.

삼성전자 SAIT와 공저자들의 연구 결과가 담긴 논문 ‘Wafer-scale alignment and integration of micro-light-emitting diodes using engineered van der Waals forces’은 그 우수성을 인정받아 세계적인 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’의 온라인 판에 지난 1월 30일(영국 현지시간) 게재되었습니다. 뿐만 아니라 지면으로 발행되는 네이처 일렉트로닉스 3월호의 표지에 선정되는 영예를 안았으며, 발표된 논문 중 주목할만한 성과를 소개하는News and Views 란에도 게재되었습니다.

* 논문 링크: Wafer-scale alignment and integration of micro-light-emitting diodes using engineered van der Waals forces | Nature Electronics)

SAIT의 FAST 기술은 다양한 종류의 마이크로미터 크기 칩들을 기판 위의 정확한 위치로 빠르게 배열할 수 있어, 마이크로 LED 디스플레이 뿐만 아니라 실리콘 칩을 이종 집적(heterogeneous integration)하는 데에도 활용할 수 있는 등 여러 기술 난제에 실마리를 제시할 것으로 보입니다.

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