KAIST, 3차원 반도체소자 구현 ‘나노 인쇄 기술’ 개발

다양한 형상을 갖는 2차원 나노구조체를 3차원으로 인쇄한 결과물. (KAIST 제공) /뉴스1

(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 3차원 반도체소자를 구현할 나노 인쇄 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 박인규 교수와 한국기계연구원(KIMM) 정준호 전략조정본부장 공동연구팀은 `차세대 3차원 나노구조체 인쇄 기술'을 개발했다고 4일 밝혔다.

최근 나노 스케일의 물리·화학 센서부터 미터 스케일의 에너지 수확 소자까지 전자 소자에 적용되는 소재 및 구조들의 형태가 점점 고도화되며 복잡한 형태로 발전해나가고 있다.

이에 따라 범용성이 높은 3차원 구조체 제작 기술 개발에 많은 연구자들이 관심을 두고 있다

공동연구팀은 신축 기판 위 2차원 나노구조체의 안정적 구현과 인쇄될 기판의 표면 마이크로 구조 설계를 통해 3차원 나노구조체를 인쇄할 수 있음을 처음으로 선보였다.

연구팀은 나노 스케일까지 안정적으로 2차원 구조체를 인쇄할 수 있는 나노전사 인쇄 기술과 신축 기판에 가해진 압축력에 의해 좌굴된 최종 형상을 예측할 수 있는 설계 기법을 개발해 차세대 3차원 나노구조체 인쇄 기술을 구현했다.

공유 결합 기반의 나노 전사 인쇄 기술은 탄성중합체 기판 위에 50 나노미터(nm) 선폭을 갖는 금속·세라믹 물질의 안정적인 전사를 가능하게 했다.

또 전사될 신축 기판의 마이크로 패터닝을 통해 인쇄될 물질의 선택적인 접착과 좌굴을 쉽게 하고 접합부의 형상을 제어해 기판의 국부적인 신장률을 설계할 수 있음을 보였다.

연구팀은 이를 통해 3차원 좌굴 구조체의 변형 정도(deflection), 방향성(direction), 모드(mode)를 제어함으로써 3차원 구조체의 형상을 설계하고 예측할 수 있는 나노 스케일 인쇄 방법을 고안했다.

연구팀이 최종 개발한 3차원 나노구조체 인쇄 공정은 유독성·폭발성 가스 감지를 위한 고성능 신축 가스 센서를 제작하는데 응용됐다.

이는 나노 스케일의 무기물 물질을 설계 및 제작하고 실제 응용 소자에 적용할 수 있음을 보인 것에서 의미가 있다.

박인규·정준호 박사는 "개발된 차세대 3차원 나노구조체 인쇄 기술은 나노구조체 제작 공정의 본질적인 문제인 낮은 범용성 및 디자인 다양성과 대량 생산의 어려움을 해결할 수 있을 것으로 기대된다"며 "향후 반도체 소자를 포함한 다양한 나노 전자 소자 제작에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

또 "이는 나노구조체 제작 기술의 압도적 선도 국가가 되기 위한 발판이 될 것ˮ이라고 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단 중견연구자지원사업, 극한물성시스템 제조플랫폼기술의 지원을 받아 수행됐다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션스' 온라인 판에 지난 2월 게재됐다.

memory4444444@news1.kr