• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.381-381
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• 2012

유기물/무기물 나노 복합체를 이용하여 제작한 메모리 소자는 저전력 구동, 간단한 공정, 플렉서블한 성격과 같은 장점 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 다양한 유기물/무기물 나노 복합체를 이용한 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구는 많이 진행되었으나, fullerene 계열의 [6,6]-phenyl-C85 butyric acid methyl ester (PCBM) 나노 입자와 poly (methylmethacrylate) (PMMA)의 나노 복합체를 사용하여 제작한 유기 쌍안정성 메모리 소자의 전기적 특성과 메커니즘에 대한 연구는 미흡하다. 본 연구에서는 기억층으로 PMMA 박막 안에 분산되어 있는 PCBM 나노 입자를 트랩층으로 사용하는 메모리 소자를 제작하여 전기적 특성 및 안정성에 대하여 관찰하였다. 소자제작을 위하여 PCBM 나노 입자를 PMMA와 함께 용매인 클로로벤젠에 용해한 후에 초음파 교반기를 사용하여 두 물질을 고르게 섞었다. Indium-tin-oxide 가 코팅된 glass위에 PCBM 나노 입자와 PMMA가 섞인 나노 복합체를 스핀 방법으로 적층한 후, 열을 가해 클로로벤젠을 제거하여 PCBM 나노 입자가 PMMA 안에 분산되어 있는 전하 수송 층을 형성하였다. 형성된 전하수송 층 위에 열 증착 방식으로 상부 Al 전극을 형성하여 유기 쌍안정성 메모리 소자를 제작하였다. 제작된 소자의 전류-전압 (I-V) 측정 결과 특정 전하 수송 층의 두께에서는 큰 ON/OFF 전류 비율을 보여준다. PMMA만을 사용한 소자에서는 I-V 메모리 특성이 나타나지 않는 결과로부터 PCBM 나노 입자가 전하 수송 층 내에서 메모리 특성의 역할을 한다는 것을 보여준다. 전류-시간 (I-t) 측정 결과로 소자의 ON/OFF 전류 비율이 시간이 지남에 따라 큰 감쇠 없이 104 s까지 103값을 지속적으로 유지되어 메모리 소자의 안정성을 보여주었다. 실험의 결과로 PCBM이 포함된 메모리 소자의 메커니즘과 전하 수송 층의 두께에 따른 메모리 특성을 설명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.184-184
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• 2010

Write-once-read-many times (WORM) 메모리 소자는 1회에 한해 쓰기 가능한 저장 장치로서 반영구적인 기록 보존을 필요로 하는 분야에서 널리 사용되는 저항 구조의 비휘발성 메모리 소자이다. 무기물을 사용한 WORM 메모리 소자의 제작과 소자의 전기적 특성에 관한 많은 연구가 활발히 진행되었으나 절연성 고분자인 Polystyrene (PS) 박막에 분산된 ZnO 나노입자를 이용한 무기물/유기물 복합 구조의 WORM 메모리 소자에 관한 연구는 상대적으로 미흡하다. 본 연구에서는 ZnO 나노입자가 분산되어 있는 PS를 스핀코팅 방법으로 박막 형태로 증착하여 WORM 메모리 소자를 제작하고 전기적인 성질을 조사하였다. 소자를 제작하기 위해 ZnO 나노 입자와 PS를 용매인 N,N-디메틸포메미드에 혼합하여 소자를 제작하였다. 그 후 하부 전극인 ITO가 증착되어 있는 유리 기판 위에 ZnO와 PS가 분산되어 있는 고분자 용액을 스핀 코팅 방법으로 도포한 후에 열을 가해 용매를 제거하여 박막을 형성하였다. ZnO 나노입자가 분산되어 있는 PS 박막 위에 Al을 상부 전극으로서 증착하였다. 전압을 인가하여 측정한 전류-전압 특성은 1.5 V에서 소자의 전도도가 크게 향상이 되는 것을 관측하였다. 읽기 전압에서 낮은 전도도(OFF 상태)와 높은 전도도 (ON 상태)의 크기는 $10^3$으로 이며, ON 상태가 된 이후에는 OFF 상태로 전환되지 않는 전형적인 WORM 메모리 소자의 특성이 관측되었다. ZnO 나노 입자가 없이 PS 만으로 박막을 제작한 소자는 쌍안정성 특성이 나타나지 않았다. 따라서 소자에서 전류 쌍안정성으로 나타난 원인은 PS안에 분산되어 있는 ZnO 나노입자에 기인함을 알 수 있었다. 제작된 WORM 메모리 소자의 기억 유지 특성에 대한 결과는 장시간에 걸친 측정에서 ON 전류 및 OFF 전류의 변화가 거의 없었다. 이 실험 결과는 제작된 무기물/유기물 복합 구조를 가진 WORM 메모리 소자는 우수한 기억 특성을 가지고 있으며 반영구적인 메모리 소자로 사용할 수 있음을 제시하고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.388-388
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• 2013

현대 사회에서 고집적 및 고성능의 전자소자의 필요성은 지속적으로 요구되고 있으며, 투명하거나 플렉서블한 특성의 필요성에 따라 이에 대한 기술개발이 이루어지고 있다. 특히, 이러한 특성을 만족하면서 대면적화 및 저온 공정의 특성을 지니는 유기물 반도체가 주목받고 있고, 이를 이용하여 OLED (Organic Light Emitting Diode), OTFT (Organic Thin Film Transistor)와 같은 다양한 유기물 반도체 소자가 개발되고 있다. 대표적인 예로는이 있다. 유기물 반도체 소자의 특성을 이용한 메모리 소자 또한 연구 및 개발이 지속되고 있으며, 유연성과 낮은 공정가격 등의 특성을 가지는 나노 입자들이 기존 Floating Gate의 대체물로 각광받고 있다. 본 논문에서는 MIS (Metal/Insulator/Semiconductor) 구조를 제작하고, Insulator 내부에Core/Shell 구조를 가지는 CdSe/ZnS 나노 입자를 부착하여 메모리 소자의 특성 확인 및 단위 면적당 개수에 따른 특성 변화를 확인하고자 하였다. 합성된 PVP (Poly 4-Vinyl Phenol)를 Insulator 층으로 사용하였으며 단위 면적당 나노 입자의 개수를 조절하여 제작된 MIS 소자를 Capacitance versus Voltage (C-V) 측정을 통하여 변화특성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.336-336
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• 2012

유기물/무기물 하이브리드 나노 복합체를 사용하여 제작한 비휘발성 유기 메모리 소자는 공정의 간편성과 휘어짐이 가능한 장점을 가지고 있어 많은 연구가 활발히 진행되고 있으나 대부분의 좋은 전기적 성능을 갖는 소자에 포함되는 나노 입자는 독성을 가지거나 가격이 비싸다는 단점을 갖고 있다. 인체진화적이며 가격이 저렴한 나노입자를 이용한 비휘발성 메모리 소자에 대한 전기적 성능의 안정성에 대한 연구는 미미한 상황이다. 이에 본 연구에서는 인체친화적 $CuInS_2(CIS)$-ZnS 코어-쉘 나노 입자가 분산되어 있는 poly (methylmethacrylate) (PMMA) 박막을 사용하여 비휘발성 메모리 소자를 제작하여 전기적 성능과 안정성에 대한 연구를 하였다. 인체친화적 CIS-ZnS 나노입자를 포함한 PMMA 용액을 Al 하부전극을 가진 p-Si (100) 기판 위에 스핀코팅 방법으로 균일하게 도포 하였다. 남아 있는 용매를 완전히 제거하기 위해 열을 가해 CIS-ZnS 나노입자가 분산되어 있는 PMMA 나노 복합체를 형성하였다. CIS-ZnS 나노입자를 포함한 PMMA 박막 위에 금속 마스크를 사용하여 Al 상부전극을 열 증착 방법으로 형성하여 비휘발성 메모리 소자를 완성하였다. 정전용량-전압 (C-V) 측정을 하여 평탄 전압 이동을 관찰하였고, CIS-ZnS 나노입자의 역할을 알아보기 위해 나노입자가 없는 PMMA 박막을 갖는 소자를 제작하여 동일한 조건에서 C-V 측정을 하였다. 소자의 안정성을 알아보기 위해 평탄 전압-유지 시간 (Vth-t) 측정을 수행하였다. Vth-t 측정은 CIS-ZnS 나노입자가 전하 포획 장소로 사용할 수 있는 것과 전기적 안정성을 갖고 있는 것을 확인하였다. C-V와 Vth-t 측정결과 및 에너지 대역도를 사용하여 CIS-ZnS 나노입자가 분산되어 있는 PMMA 박막을 포함한 나노 복합체를 사용하여 제작한 이용한 비휘발성 메모리 소자에서 전하수송 메커니즘을 설명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.338-338
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• 2012

유기물을 이용하여 제작한 비휘발성 메모리 소자는 저전력으로 구동하고 공정이 간단할 뿐만아니라 구부림이 가능한 소자를 만들 수 있다는 장점 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 비록 다양한 유기물 나노 클러스터를 포함한 고분자 박막을 사용한 비휘발성 메모리 소자에 대한 연구가 많이 진행되었으나 [6,6]- phenyl-C85 butyric acid methyl ester (PCBM) 나노 클러스터가 고분자 박막에 분산되어 있는 메모리 소자의 휘어짐에 따른 전기적 특성의 변화에 대한 것은 연구되지 않았다. 본 연구에서는 스핀코팅 방법으로 PCBM 나노 클러스터가 polymethyl methacrylate (PMMA) 박막에 분산되어 있는 소자를 제작하여 휘어짐에 따른 전기적 특성의 변화에 대한 관찰을 수행하였다. 소자를 제작하기 위해서 PCBM 나노 클러스터와 PMMA를 클로로벤젠에 용해시킨 후에 초음파 교반기를 사용하여 PCBM 나노 클러스터와 PMMA가 고르게 섞인 용액을 형성하였다. 전극이 되는 Indium Tin Oxide (ITO) 유리기판 위에 PCBM 나노 클러스터와 PMMA가 섞인 용액을 스핀 코팅하고, 열을 가해 용매를 제거하여 PCBM 나노 클러스터가 PMMA에 분산되어 있는 박막을 형성하였다. PCBM 나노 클러스터가 분산된 PMMA 박막 위에 Al을 상부전극으로 열증착하여 메모리 소자를 완성하였다. 제작한 소자의 휘어짐에 따른 전기적 특성을 알아보기 위해서 10 mm 의 반지름을 갖는 휘어진 홀더를 제작 한 후에 소자를 구부리기 전과 후의 전류-전압 (I-V)을 각각 측정하였다. 또한 소자의 휘어짐에 따른 포획된 전하유지능력과 안정성을 알아보기 위해 $1{\times}105$번의 반복적인 읽기 전압을 가한 후 전기적 특성을 측정하였다. 실험 결과들을 토대로 메모리 소자의 휘어짐에 따른 전기적 특성 변화에 대해서 분석하고 그 원인에 대해서 규명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.381-381
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• 2013

유기물/무기물 나노복합체를 사용한 비휘발성 메모리 소자는 낮은 공정 가격 및 높은 유연성 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 나노복합체를 사용한 비휘발성 메모리 소자의 형성 및 전기적 특성에 대한 연구는 많지만, 나노 입자가 포함된 고분자층을 이용한 플렉서블 유기 메모리 소자의 전기적 특성 및 동작 메커니즘에 대한 연구는 미미하다. 이 연구에서는 나노입자와 고분자가 혼합된 나노복합체를 유연성 있는 indium-tin-oxide (ITO)가 코팅된 polyethylene terephthalate (PET) 기판 위에 형성하여 비휘발성 메모리 소자를 제작하여 유연성 있는 기판이 휘어짐에 따른 전기적 특성과 기억 메커니즘을 설명하였다. 나노입자가 포함된 고분자층은 스핀코팅 방법을 이용하여 쉽게 형성한 후, 그 위에 금속 마스크를 사용하여 상부 Al 전극을 형성하였다. Al/나노입자가 포함된 고분자층/ITO/PET 메모리 소자의 전류-전압 (I-v) 특성에서 낮은 전도도와 높은 전도도를 갖고 있는 쌍안정성 동작을 관측할 수 있었다. 같은 조건에서 나노입자가 포함되지 않은 메모리 소자를 제작하여 측정한 I-V 특성은 쌍안정성 동작이 일어나지 않은 것을 관측하였다. 실험적 결과를 바탕으로 나노입자가 쌍안정성을 일으키는 메모리 저장 물질임을 확인할 수 있었다. 유연성 있는 기판의 휘어짐에 따른 I-V 특성과 스트레스에 의한 전도도 상태 유지 능력 측정을 수행하여 기판 휘어짐에 따른 전기적 특성과 안정성이 변화되는 것을 관측하였다. 측정된 I-V와 스트레스에 의한 전도도 상태 유지 능력 측정 결과를 기반으로 기억 메커니즘과 기판의 휘어짐에 따른 안정성을 설명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.82-82
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• 2010

유기 쌍안정성 소자는 비휘발성 기억 소자 중에서 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하며 유연성을 가지기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 현재 유기물/무기물 나노복합소재를 사용하여 소자 성능 향상이 기억소자의 성능 향상을 위하여 여러 가지 유기물/무기물 나노복합소재를 사용하여 제작한 유기 쌍안정성 소자가 유연성을 가진 비휘발성 기억소자로 대두되고 있다. 본 연구에서는 ZnO 나노입자를 포함한 PMMA 복합층을 사용하여 제작한 유기 쌍안정성 기억소자를 제작하여 메모리 특성을 조사하였다. 이와 더불어 활성층에 효과적인 전하주입을 위하여 전극과 PMMA/ZnO 층 사이에 $C_{60}$ 층을 삽입한 구조를 가진 메모리 소자의 성능 향상에 대하여 연구하였다. Indium tin oxide 가 증착된 유리 기판위에 $C_{60}$ 층을 스핀코팅 방법으로 적층하였다. 1 wt% ZnO 나노입자와 1 wt% PMMA를 혼합하여 스핀코팅 방법으로 $C_{60}$ 층 위에 박막을 형성하였다. 그리고, 전극으로 Al을 열증착으로 형성하였다. $C_{60}$ 층이 있는 유기 쌍안정성 기억 소자와 $C_{60}$ 층이 없는 두 가지의 소자에 대하여 전류-전압 (I-V) 특성을 측정하여 각각의 소자에서의 전류 히스테리시스 현상이 발생하는 원인을 규명하였다. I-V 특성 결과와 전자적 구조를 사용하여 유기 쌍안정성 소자에서의 쓰기, 지우기 및 읽기 동작에 대한 과정을 설명하였다. 두 소자의 I-V 특성을 비교하므로 $C_{60}$ 층을 사용하여 유기 쌍안정성 소자의 성능이 향상됨을 알 수 있었다. 또한 $C_{60}$ 층을 사용하여 제작된 유기 쌍안정성 소자의 성능이 향상된 원인을 규명하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.217-217
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• 2010

유기물/무기물 나노 복합재료는 고온과 저전력에서 동작해야하는 차세대 전자 소자와 광소자 제작에 대단히 유용한 소재이다. 간단하고 저렴한 제조 방법과 휘어짐이 가능한 특성을 이용하여 유기물/무기물 나노 복합재료를 사용한 비휘발성 메모리 소자의 제작과 메모리 특성에 대한 연구가 수행되었으나, SnO2 나노 입자가 삽입된 고분자 박막을 기반으로 제작한 저항 구조의 비휘발성 메모리 소자인 유기 쌍안정성 소자에 대한 연구는 상대적으로 미흡하다. 본 연구에서는 poly(methyl methacrylate) (PMMA) 박막 안에 분산된 SnO2 나노 입자를 사용하여 제작한 유기 쌍안정성 소자의 메모리 특성을 관찰하였다. 소자를 제작하기 위해 나노 입자의 전구체인 Tin 2-ethylhexanoate을 dibutyl ether에 용해시킨 후, 화학적 방법을 사용하여 용매 안에서 SnO2 나노 입자를 합성하였다. 합성한 SnO2 나노 입자와 PMMA를 클로로벤젠에 용해하여 고분자 용액을 제작하였다. 전극인 indium-tin-oxide가 증착된 유리 기판 위에 제작한 고분자 용액을 스핀 코팅하고, 열을 가해 용매를 제거하여 SnO2 나노 입자가 분산되어 있는 PMMA 나노복합체를 형성하였다. 그 위에 Al 전극을 증착하여 유기 쌍안정성 소자를 완성하였다. 제작된 소자에 전압을 인가하여 전류를 측정한 결과 유기 쌍안정성 소자에서는 동일 전압에서 높은 전류 (ON 상태)와 낮은 전류 (OFF 상태)가 흐르는 쌍안정성 특성을 나타냈다. 그러나 SnO2 나노 입자가 없는 PMMA 박막으로 형성된 소자에서는 전류-전압 측정에서 쌍안정성 특성이 나타나지 않았다. 따라서 PMMA 박막 안에 삽입된 SnO2 나노 입자가 유기 쌍안정성 소자의 메모리 효과를 나타내는 원인임을 알 수 있었다. 전류-시간 측정 결과는 소자의 ON 상태 및 OFF 상태 전류가 시간에 따른 큰 변화 없이 1000 사이클 이상 지속적으로 유지 하고 있음을 보여 줌으로써 유기 쌍안정성 소자를 장시간 사용할 수 있음을 확인시켜 주었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.241-242
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• 2011

유기물을 기반으로 하는 유기발광소자(OLED), 유기메모리(OBD) 및 유기 태양전지(organic solar cell) 등과 같은 차세대 전자 소자는 기존의 무기물 기반의 소자에 비해 가격이 싸고 제작방법이 간단하며 휘어지게 만들 수 있다는 장점을 갖기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 유기물질을 기반으로 한 전자 소자의 효율을 향상시키기 위해서는 유기물 자체의 물리적인 특성을 고찰하는 연구가 중요하다. 특히, 유기물 내에서의 전하 전송 메카니즘을 이해하기 위해 유기물의 이동도에 대한 연구가 중요하나, 아직까지 유기물질을 기반으로 한 전자 소자의 전하이동도에 대한 이론적인 연구가 거의 없다. 본 연구에서는 온도 변화에 따른 유기물 내에서의 전자 이동도를 몬테카를로 방법을 이용하여 계산하였다. 시뮬레이션을 위한 기본 구조로 소자의 길이는 50~500 사이트로 하였으며, 이웃한 사이트간 거리는 3A로 결정하였다. 유기물 내에 존재하는 트랩의 분포는 가우시안 분포로 가정하였다. 유기물 내에서의 전자 이동도를 추출하기 위해 이웃한 트랩간의 천이 확률을 Miller and Abrahams 식을 이용하여 계산하고[1], 트랩간의 천이시간을 컴퓨터에서 발생시킨 난수를 통해 얻어 이들을 통계적으로 처리하여 유기물 내에서의 전자 이동도를 계산하였다. 시뮬레이션 결과, 전자 이동도는 전계가 증가함에 따라 일정하게 증가하다가 일정 전계에서 포화된 후, 다시 감소하는 현상을 갖는다. 초기의 전계영역에서는 전계의 증가에 따라 유기물 내 트랩간의 천이 확률이 증가하기 때문에 전자 이동도가 증가한다. 하지만, 일정 전계 이상의 큰 전계 영역에서는 전자의 이동 속도는 거의 변하지 않는 상태에서 전계는 계속 증가하기 때문에 상대적으로 전자 이동도는 줄어들게 된다. 다양한 길이를 갖는 벌크 상태의 유기소자에 대한 전자 이동도를 시뮬레이션 하였을 때, 소자의 크기와 상관없이 전자 이동도는 거의 일정 하였다. 이는 순수한 벌크 상태의 유기소자는 유기물 자체에서의 전자 움직임에 의해 전자 이동도가 결정되기 때문이다. 온도가 높아짐에 따라 유기물 내의 전자 이동도는 증가하였다. 이는 온도가 증가할수록 열적 여기에 의한 트랩간의 천이 확률이 증가하기 때문이다. 하지만, 트랩의 분산도가 30 meV로 작을 경우, 일정 온도 이상에서의 전자 이동도는 포화되어 일정한 값으로 유지한다. 유기물 내에 존재하는 트랩 분포에 따라 온도의 변화에 따른 전자 이동도 특성이 달라짐을 알 수 있다. 이러한 결과는 유기물질을 기반으로 한 전자소자에서의 전하 전송 메카니즘을 이해하고 소자의 제작 및 특성 향상에 도움이 된다고 생각한다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.22 no.5
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• pp.1-11
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• 2007

Printed RFID는 반도체 성질을 띤 유기물의 발견 및 유기물의 메모리소자로의 활용 등에 대한 연구가 이루어지면서 관심을 가지게 되었다. 유기물이 무기물에 비해 소재의 안정성 등 여러 가지 한계를 갖고 있음에도 전자소자로의 활용을 모색하고 있는 것은 저가격, 대량생산이 가능하다는 데 있다. 유기물을 이용하여 우선적으로 산업화가 진행될 것으로 판단되는 분야가 프린팅방법을 이용한 RFID에의 응용이다. Printed RFID는 저렴한 폴리머 소재를 이용하여 저가격, 대량 생산이 가능하고 생산시 그 수요도 다양할 것으로 보고 있다. 본 기고문에서는 printed RFID의 기술발전 동향, 제조방법, 시장전망, 한계기술 및 극복방안에 대하여 기술하고자 한다.