김태성 UNIST 기계 및 원자력공학부 교수팀은 반도체 등에 미세패턴을 그리는 공정에서 생기는 초미세 균열을 인위적으로 생성하고 제어하는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다. 이 기술을 활용하면 10일 정도 걸려야 완성되던 나노 패턴을 30분 만에 만들 수 있다. 균열의 길이와 두께 등도 자유롭게 조절할 수 있다.
미세패턴은 '포토리소그래피(photolithography)' 공정으로 만든다. 빛에 반응하는 물질을 바른 뒤 원하는 무늬를 새긴 마스크로 덮고, 자외선(UV) 등의 빛을 쬐어주는 것이다. 이렇게 하면 빛을 받은 부분만 딱딱해져 나머지 부분만 현상액 등으로 깎아낼 수 있다.
하지만 이 방식으로는 마이크로(㎛, 1㎛=100만 분의 1m) 단위까지만 무늬를 그릴 수 있었고 나노(㎚, 1㎚=10억 분의 1m) 단위의 무늬는 고가의 장비를 써야 했다. 또한 제작 면적이 좁고 처리 시간과 비용이 많이 들어 비효율적이었다.
연구팀은 포토리소그래피 과정을 그대로 쓰면서 나노 단위의 무늬를 새길 수 있는 방법을 찾아냈다. 포토리소그래피 공정을 이용해 마이크로 단위로 원형이나 삼각형 등 다양한 구조체를 만들어 넣어 균열의 시작과 끝, 방향까지 조정한 것. 쪼여주는 빛 에너지의 양에 따라 균열을 자유롭게 조절할 수 있다.
연구진은 이 기술을 이용해 100원짜리 동전 면적에 수도권 지하철 노선도를 새겨넣는 데 성공했다.
김태성 교수는 "균열을 제어해 제작한 마이크로-나노 복합 구조체는 기존의 복잡하고 비효율적인 나노공정의 새로운 대안"이라며 "소재는 물론 기계, 전기, 전자, 바이오, 화학, 환경, 에너지 등 전 산업분야에 걸쳐 혁신적인 변화를 몰고 올 것으로 기대한다"고 말했다.
연구결과는 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)지 2월 18일자에 게재됐다.
백나영기자 100na@dt.co.kr
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