전자부품의 소형화 및 고집적화에 따른 RC 지연과 함께 고속통신에 사용되는 고주파 신호 처리 과정에서 발생하는 신호 손실은 차세대 전자부품 개발에 있어서 반드시 극복되어야 하는 문제로 떠오르고 있습니다. 신호 지연과 손실은 배선 소재의 저항과 배선 사이의 절연 소재의 유전율에 직접적으로 관련이 있습니다. 현재 사용되는 배선 소재인 구리와 비교하여 더 낮은 저항을 갖는 단일 물질은 은뿐이며, 은과 구리의 저항 차이 역시 약 5% 정도로, 도체의 저항 개선을 통한 신호 지연과 손실 개선은 쉽지 않은 상황입니다. 따라서, 현재 사용되는 소재보다 더 낮은 유전율을 갖는 새로운 초저유전 재료의 개발이 활발히 이루어지고 있습니다.

물질의 유전율은 분극률(atomic polarizability)과 수밀도(number density)에 밀접하게 연관되어 있습니다. 이 때문에 저유전 소재의 설계 원칙 또한 높은 극성을 갖는 작용기의 배제를 중심으로, 수소보다 낮은 원자 분극률과 높은 반데르발스 반지름을 갖는 불소 원자의 도입 등이 주류를 이루고 있습니다. 하지만 이러한 전략을 통해 유전율을 낮추게 되면, 저유전 재료의 점착성 또한 낮아지기 때문에 배선 소재와의 상호작용이 저하되는 문제가 발생합니다. 즉, 유전율과 배선 소재와의 점착성은 트레이드-오프 관계에 있으며, 전자부품용 초저유전 재료는 낮은 유전율과 동시에 높은 구리 점착성이 요구되는 문제를 극복해야 합니다.

본 연구진은 고분자 기반 소재에서 낮은 유전율과 높은 구리 점착성을 동시에 보장하는 기술을 개발하고자 합니다. 이를 위하여 고분자의 위상 구조를 정확하게 제어하는 방법을 개발하고, 다양한 위상 구조를 갖는 고분자에서 초저유전 구조와 고 점착성 작용기를 분리하여, 고 점착성 작용기를 금속과 절연소재 사이의 계면에 국한시키고자 합니다. 이를 통해 최소한의 극성 작용기를 도입하여 점착 특성 개선에 따른 유전율 상승 효과를 최소화하는 것을 목표로 합니다. 나아가 고분자의 분지 및 자기 조립 구조의 제어를 통해 사슬 간 자유부피를 조절하여 전자부품용 저유전 소재에서 요구되는 열적 특성을 충족시키면서, 외력에 대한 고분자 사슬의 이완(relaxation) 현상을 조절하여 저유전 막의 막질과 기계적 특성을 제어할 수 있는 방안을 모색하고자 합니다.