축구장 넓이 팔만대장경… A4지 한장에 인쇄한다

국내연구팀, 10나노급 초미세 나노 인쇄 기술 개발

▲국내 연구팀이 10나노 초미세 나노 인쇄 기술을 개발했다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]10나노급 초미세 나노 인쇄 기술이 개발됐다. 모두 펼쳐 놓으면 축구장 넓이에 해당하는 팔만대장경을 A4지 한 장에 축소 인쇄하는 것도 원리적으로 가능하다. 이에 따라 스마트 센서 등의 고성능 인쇄전자기기의 대량 생산이 앞당겨질 것으로 전망된다. 10나노급 인쇄는 그동안 물리적 한계라고 여겨졌다. 이번에 '10나노급의 나노구조체를 인쇄해 원하는 물질에 전사(轉寫)하는 기술'이 국내연구진에 의해 세계 최초로 개발되면서 관심을 모으고 있다.

10나노급(1억분의 1미터) 나노 구조체는 사람 머리카락 굵기의 만 분의 일에 해당하는 크기이다. 10나노 이하 수준의 나노 구조체에서는 양자효과를 활용할 수 있어 기존 소자의 성능을 크게 뛰어넘는 새로운 나노 소자 실현이 가능하다. 이번 개발된 기술은 복잡한 제조 단계를 거치지 않고도 고밀도·고성능 센서 등의 첨단 기기를 빠르고 간단한 방법으로 대량 양산할 수 있다.

나노 인쇄·전사 기술은 일반적으로 인쇄기판의 역할을 하는 탄성 몰드에서 나노 구조체를 찍어내고 찍어낸 나노 구조체를 실리콘 기판이나 유연소재 등의 원하는 물질에 옮기는 과정으로 이뤄진다. 나노 구조체와 탄성 몰드간의 접착력 등의 문제로 나노 인쇄 기술은 수백 나노미터 정도가 한계였다. 10나노급의 미세 인쇄는 물리적으로 불가능한 것으로 여겨졌다.

연구팀은 기존 탄성 몰드와 달리 표면에너지가 높은 고분자를 탄성 몰드로 사용할 경우 미세 인쇄가 가능하다는 것을 발견했다. 이를 활용해 10나노미터(nm) 이하의 초미세 나노 구조체를 인쇄하는데 성공했다. 또 탄성 몰드의 표면 접착력을 선택적으로 약화시켜 전사하는 원리를 고안해 거의 모든 물질의 표면에 나노 구조체를 전사할 수 있는 인쇄 기술을 구현했다.

이번에 개발된 기술을 활용하면 10나노급 나노 구조체를 인쇄해 실리콘 웨이퍼 기판뿐만 아니라 사람 피부 표면에 전사시킬 수 있다. 나아가 폭발성 가스에 빠르게 감지하는 고성능 가스 센서를 제조했고 과일표면에 존재하는 극미량의 잔류 농약을 비파괴적으로 빠르게 검출하는 센서도 성공적으로 제작했다. 앞으로 추가 연구를 통해 현재 오랜 시간이 걸리는 잔류농약 검출시간을 수초 이내로 즉시 탐지하는 고유 기술을 실용화할 예정이다.

이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업의 스마트IT융합시스템연구단(단장 경종민)의 지원으로 한국과학기술원 정연식 교수와 정재원 연구원이 주도적으로 수행했다. 나노종합기술원의 박재홍 박사와 한국과학기술원의 이승용 박사 등이 공동 참여하였다. 연구결과는 '네이처 커뮤니케이션스'지(紙)에 11월10일자 온라인판(논문명:High-resolution nanotransfer printing applicable to diverse surfaces via interface-targeted adhesion switching)에 실렸다.

정연식 교수는 "이번 기술은 10년 후에 전 세계적으로 약 100조원의 시장 규모로 성장할 것으로 예측되는 인쇄·유기·유연 전자기기(Printed, organic & flexible electronics) 제조에 원천기술로 이용될 수 있다"며 "앞으로 유연 전자소자, 저전력, 고성능 디스플레이, 극미량 물질 탐지, 고효율 촉매 등의 제조에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.