국내 연구진이 기존 반도체 패터닝 방식과 다르게 화학물질 없이 식각하는 기술을 세계 최초 개발했다. 식각(에칭)은 화학약품의 부식작용을 응용한 소형(塑型)이나 표면가공의 방법이다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 홍승범 교수가 제네바대학과 강유전체 표면의 비대칭 마멸 현상(물체 표면의 재료가 점진적으로 손실 또는 제거되는 현상)을 세계 최초로 관찰·규명하고 이를 활용해 혁신적인 나노 패터닝 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.
나노 패터닝 기술은 나노스케일로 소재의 표면에 정밀한 패턴을 생성해 다양한 첨단 기술 분야에서 제품 성능을 향상시키는 기술이다. 연구팀은 강유전체 소재의 표면 특성에 관한 연구에 집중했다.
연구팀은 원자간력 현미경을 활용해 다양한 강유전체의 트라이볼로지(마찰 및 마모) 현상을 관찰했고, 강유전체의 전기적인 분극 방향에 따라 마찰하거나 마모되는 특성이 다르다는 것을 세계 최초로 발견했다.
연구팀은 또 이러한 분극 방향에 따라 달라지는 트라이볼로지의 원인으로 변전 효과에 주목했다. 이를 통해 강유전체의 트라이볼로지 특성이 나노 단위에서 강한 응력이 가해질 때 발생하는 변전 효과로 인해 강유전체 내부의 분극 방향에 따른 상호작용으로 트라이볼로지 특성이 바뀌게 된다는 것을 발견했다.
연구팀은 이러한 새로운 강유전체 트라이볼로지 현상을 소재의 나노 패터닝에 응용했다. 이 패터닝 방식은 기존의 반도체 패터닝 방식과는 다르게 화학 물질 및 고비용의 리소그래피 장비가 필요하지 않고, 기존 공정 대비 매우 빠르게 나노 구조를 제작할 수 있다.
KAIST 신소재공학과 졸업생 조성우 박사는 “이번 연구는 세계 최초로 강유전체 비대칭 트라이볼로지를 관찰하고 규명한 데 의의가 있다”며 “이러한 분극에 민감한 트라이볼로지 비대칭성이 다양한 화학적 구성 및 결정 구조를 가진 강유전체에서 널리 적용될 수 있어 많은 후속 연구를 기대할 수 있다”고 말했다.
홍승범 교수는 “이번 연구에서 개발된 패터닝 기술은 기존 반도체 공정에서 쓰이는 패터닝 공정과 달리 화학 물질을 사용하지 않고 매우 낮은 비용으로 대면적 나노 구조를 만들 수 있어 산업적으로 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다”고 전망했다.
한편 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난 1월 9일 게재됐다.
헬로티 이창현 기자 |
