실리콘 웨이퍼는 현재 매우 많은 양이 버려지고 있다. 이는 실리콘 웨이퍼 상층 부분에 소자를 형성한 후 백그라인딩 기술을 이용하여 웨이퍼의 대부분을 차지하는 하층 부분을 모두 제거하는 방식으로 공정이 진행되고 있기 때문이다. 이번에 기존의 버려지는 웨이퍼 하층 부분을 재사용하는 새로운 기술이 개발되었다. 

사우디아라비아의 킹 압둘라 과학기술 대학(King Abdullah University of Science and Technology)의 연구진은 실리콘으로 만들어진 기존의 딱딱한 전자장치의 웨이퍼를 기계적으로 유연하고 투명한 웨이퍼로 전환시킬 수 있는 간단하면서 비용-효율적인 방법을 개발했다. 이 기술은 가전제품 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 

오늘날 컴퓨터나 모바일 기기에 사용되는 전자 소자는 전체 생산량의 90% 이상을 차지한다. 이러한 전자 소자들은 주로 취성이 강한 벌크 형태의 단결정 실리콘(100)을 기반으로 이루어져있다. Muhammad Mustafa Hussain 교수가 이끄는 연구진은 이번에 이러한 실리콘을 유연하고 광학적으로 투명한 소재로 만들 수 있는 새로운 저비용 배치 기술을 개발하는데 성공했다. 이번 기술을 통해서 박막의 유연한 전사 소재를 단결정 실리콘을 이용하여 만들 수 있게 되었다. 이는 유연한 전자소자의 제조비용을 낮추는 동시에 기존의 실리콘 공정 기술을 활용할 수 있다는 데 장점이 있다. 연구진은 마이크로 공정기술을 조합하여 새로운 유연한 박막 전자 소자 개발 기술을 개발했다. 연구진은 취성이 강한 기존의 실리콘을 박막 형태로 벗겨내는 방법을 이용하여 취성의 실리콘 소자를 연성을 가진 소자로 변화시킬 수 있었다. 연구진은 연속적으로 진행되는 폴리싱(연마) 기술을 통하여 웨이퍼의 손실을 최소화하여 웨이퍼 사용 효율을 높일 수 있었다. 

이번 결과는 단순히 유연한 소자를 만드는 데에 그치지 않고 있다. 연구진은 이번 연구를 통해서 기존의 표준 CMOS 공정기술을 유연한 웨이퍼 제작 및 소자를 만드는 데 그대로 활용할 수 있음을 보여주고 있다. 연구진은 메모리, 로직 소자에서부터 열전소자와 마이크로 리튬이온 배터리에 이르기까지 다양한 소자를 통해서 이번 기술을 활용성을 검증하였다. 연구진은 소자를 제조한 다음 웨이퍼 내의 미 사용 부분에 트렌치 에칭 공정을 통해 절연 층을 형성하였다. 그 다음 이불화 제논 가스 반응기를 이용하여 상층에 10μm 두께의 층을 재형성하였다. 

“웨이퍼의 상층을 화학적, 기계적으로 연마하여 아래 부분을 남겨 그 나머지 부분을 다시 사용할 수 있게 하였다”고 Hussain교수는 설명했다. 연구진은 현재 CMOS 회로, 메모리, 통신 소자 등을 유연한 웨이퍼 위에 형성하는 기술을 개발하고 있다. “우리는 고성능의 마이크로프로세서 바이오메디칼 소자 개발을 위한 새로운 도전을 진행하고 있으며 또한 전자피부와 같은 유연하고 스마트한 소자를 만들기 위한 노력을 진행 중”이라고 Hussain 교수는 밝혔다. 이번 연구는 ACS Nano에 “Transformational Silicon Electronics”라는 제목으로 게재됐다.