액정 승화·재결합 이용… 3차원 나노구조체 패턴기술 개발

윤동기 KAIST 교수팀
국내 연구진이 액정 물질의 상태를 변화시키는 방법으로 3차원 나노구조체 패턴을 정교하게 제작하는 기술을 개발했다.

윤동기 KAIST 나노과학기술대학원 교수팀은 액정이 승화할 때 열처리 조건에 따라 여러 모습의 3차원 나노구조가 형성되는 특성을 이용해 상상 속의 꽃으로 불리는 우담바라 꽃과 찐빵 등을 나노미터 크기 수준에서 정교하게 제작하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.현재 나노와 마이크로 패턴을 제작하기 위해 빛을 이용한 광식각 기술을 가장 많이 활용하고 있다. 하지만 이 기술은 2차원 식각공정에 특화돼 있고, 비싼 공정설비와 복잡한 과정 등의 한계가 있다. 3차원 구조를 만들려면 2차원 구조를 계속 쌓는 과정을 거쳐야 해 정교하게 구현할 수 없다.

연구팀은 액정의 온도를 높여 분자들을 기체로 승화시키면 공기 중으로 날아간 액정 분자 일부가 무게와 분자 친화도 등에 따라 다시 되돌아와 남아 있던 액정상 구조와 다시 결합하는 성질을 이용했다. 이는 동굴의 종유석이나 석순의 생성 원리와 나, 유황온천에서 승화돼 날아가던 유황 성분이 바위나 돌에 붙어 유황바위가 되는 것과 비슷하한 원리다. 연구팀은 온도와 시간을 조절해 수 나노미터 수준의 액정 판상구조를 정교하게 한 겹씩 벗겨낸 뒤 다양한 3차원 나노구조체를 제작했다.

특히 온도와 시간을 조절하는 방식으로 온도를 조금만 높이면 우담바라 꽃 모양이 되고, 온도를 많이 높이면 액정분자가 순식간에 날아가 찐빵과 같은 모양을 구현할 수 있다. 연구팀은 이 기술을 이용하면 2차원 구조를 일일이 쌓을 필요 없이 3차원 패턴을 순식간에 제작할 수 있고, 2차원 식각공정에 비해 1000배 저렴하게 만들 수 있다고 설명했다.이 연구결과는 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션스' 온라인판에 4일 실렸으며, 미래부의 미래유망기술 융합 파이오니아사업 지원을 받아 수행됐다.

윤동기 교수는 "전자기장에 민감하게 반응하는 액정의 고유 성질에 액정 승화와 재결합 현상을 융합해 개발했다"면서 "고효율 광전자 소자 개발에 도움이 될 것으로 기대된다"이라고 말했다.

대전=이준기기자 bongchu@