나노 '우담바라' 피었다

카이스트 연구팀, 나노미터 크기의 꽃 모양 제작

▲나노 우담바라 구조체.[사진제공=KAIST]

[아시아경제 정종오 기자] 카이스트(KAIST) 연구팀이 나노미터(10억분의1ｍ) 크기의 우담바라 꽃 모양을 제작했다. KAIST(총장 강성모) 나노과학기술대학원 윤동기 교수 연구팀의 작품이다. 액정의 승화현상을 이용해 정교한 3차원 액정나노구조를 제작할 수 있는 기술이다.

액정이 승화할 때 열처리 조건에 따라 여러 모습의 3차원 나노구조가 형성되는 특성을 이용했다. 간단한 온도조절만으로도 다양한 3차원 나노 패터닝이 가능하다. 차세대 소자 개발에 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이번에 우담바라 꽃, 찐빵 모양 등을 나노미터 크기 수준에서 정교하게 제작하는 데 성공했다.

나노와 마이크로 패터닝을 위해 가장 많이 쓰이는 기술은 빛을 이용한 광 식각 기술이다. 이 방식은 2차원 식각공정에 특화돼 있고 비싼 공정설비, 복잡한 과정 등의 한계를 갖는다. 3차원 구조 제작을 위해서는 2차원 구조를 계속 적층해야 하는 과정이 포함되기 때문에 정교한 구현이 어려웠다.

연구팀은 문제 해결을 위해 액정의 온도를 높여 분자들을 기체로 승화시켰다. 기체로 승화된 액정분자들은 공기 중으로 날아가게 된다. 그 중 일부는 무게, 분자수준에서의 친화도 등의 원인으로 다시 되돌아와 남아있던 액정 상 구조와 재결합한다.

이는 동굴의 종유석, 석순의 생성 원리나 유황온천에서 승화돼 날아가던 유황 성분이 바위나 돌에 붙어 유황 바위가 되는 것과 비슷한 원리이다. 연구팀은 승화와 재결합 현상을 통해 온도, 시간 조절로 수 나노미터 수준의 액정 판상구조를 정교하게 한 겹씩 벗겨냈다. 그 뒤 다양한 3차원 나노 구조체를 제작하는 데 성공했다.

온도나 시간을 조절하면 나노 구조체는 다양해진다. 온도를 조금만 상승시킬 때는 우담바라 꽃 모양이 되고, 온도를 매우 높일 때는 액정 분자가 순식간에 날아가 찐빵과 같은 모양이 된다. 이번 기술을 이용하면 차세대 기술로 불리는 수직 트랜지스터 등을 기존 2차원 식각 공정에 비해 약 1000 배 저렴하고 간단하게 제작할 수 있다. 일일이 적층할 필요 없이 3차원으로 패터닝이 순식간에 가능해지기 때문이다.

윤 교수는 "전자기장에 민감하게 반응하는 액정의 고유 성질과 이번 승화 및 재결합 현상을 융합할 수 있다"며 "이를 통해 고효율의 광전자 소자 개발에 많은 도움이 될 것"이라고 말했다.