머리카락보다 100배 얇은 막으로 전자파 99% 막는다

하이커뮤니티매니져 0 18 10.30

GIST-서울대, 초고성능 '이종접합 차폐막' 네이처 게재

반도체 패키징용 전자파 차폐막의 구조 비교. 기존 금속 캔형과 다공성 차폐막의 한계를 극복한 EXIM 차폐막은 금속과 맥신 박막을 적층해 얇은 두께에서도 성능을 극대화한다. GIST 제공

머리카락 굵기의 100분의 1 수준에 불과한 초박막으로 기존보다 100배 이상 강력하게 전자파를 막는 기술이 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 연한울 신소재공학과 교수팀이 주영창 서울대 교수, 김명기 고려대 교수, 이성수 한국과학기술연구원(KIST) 선임연구원과 공동으로 금속과 2차원 세라믹 소재 ‘맥신(MXene)’을 결합한 새로운 구조의 초박막 차폐막을 구현해 세계 최고 수준의 전자파 차폐 성능을 입증했다고 30일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 30일 게재됐다.

전자기기 내부의 ‘전자파 간섭(EMI)’은 통신 오류나 발열을 일으켜 반도체 칩의 성능을 떨어뜨린다. 기존 금속 차폐막은 두껍고 무거워 반도체 패키지나 웨어러블 기기처럼 얇고 유연한 전자기기에는 적합하지 않다.

연구팀은 이러한 ‘두께-성능 딜레마’를 해결하기 위해 금속과 맥신을 번갈아 쌓은 ‘EXIM(Embedded-MXene-in-Metal)’ 구조를 고안했다. 이 구조는 기공을 만들지 않고 기존 반도체 공정 장비만으로 제작할 수 있어 공정 호환성이 높다.

연구팀이 개발한 차폐막은 머리카락의 약 50분의 1 두께인 2마이크로미터(μm) 미만에서도 기존 차폐막보다 100배 이상 높은 20데시벨(dB) 이상의 성능을 보였다. 전자파의 약 99%를 차단하는 수준이다.

연구팀은 차폐 성능의 비밀이 ‘금속–맥신 이종접합 계면’에 있음을 밝혀냈다. 맥신 두께를 1μm에서 머리카락의 약 500분의 1 수준인 200나노미터(nm)로 줄여도 성능이 거의 유지된 반면 계면에 불순물이 끼면 성능이 급격히 저하됐다.

또한 외부 습기와 산화로부터 막을 보호하기 위해 20nm 두께의 크롬-알루미늄 ‘캐핑층’을 추가해 85℃·습도 85% 환경에서도 48시간 이상 안정적인 성능을 유지했다. 차폐막은 두께 16μm인 알루미늄 호일보다 훨씬 얇고 유연하면서도 군사용 기준을 뛰어넘는 70~80dB급 초고성능 차폐 효과를 냈다.

EXIM 전자파 차폐막이 반도체 칩과 플렉서블 전자소자 표면에 균일하게 밀착된 모습. GIST 제공

연구팀은 실제 USB 3.0 플래시 드라이브와 ‘플렉서블 전자소자(flexible device)’에 차폐막을 적용해 성능을 검증했다. 플래시 드라이브에서는 블루투스 간섭이 완전히 사라졌고 플렉서블 다이오드에서는 전자파로 인한 전류 변동이 20분의 1 이하로 줄었다.

연한울 GIST 교수는 “이번 연구는 전자파 차폐막의 ‘얇으면 성능이 떨어진다’는 오랜 상식을 깨뜨린 성과”라며 “극도로 얇고 유연하면서도 뛰어난 성능을 갖춘 차폐 기술로 차세대 반도체 패키징과 스마트기기, 플렉서블 전자 소자에 폭넓게 활용될 것”이라고 말했다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74812

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