'아주 작은' 100나노미터 구조물 한 번에 수 천개 찍어낸다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 3차원 나노구조물을 한 번에 수 천개 이상 찍어낼 수 있는 기술을 선보였다. 산업 현장에서 3차원 나노 금속 구조물 제작에 활용할 수 있는 기술이다.

서울대 공대는 최만수 기계공학부 교수팀이 노준석 포항공대 교수팀과 100나노미터급 3차원 나노 프린팅 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

포항공대와 서울대 연구진.(왼쪽부터)최만수 서울대 교수, 노준석 포항공대 교수, 정우익 서울대 박사 후 연구원, 정윤호 서울대 석박통합과정.(사진=서울대)

연구팀은 마이크로미터 크기의 구멍이 정렬된 비전도성 마스크와 실리콘 기판이 위아래로 분리된 상태로 놓인 증착챔버 안으로 나노입자와 이온을 주입했다. 이온이 먼저 마스크 위에 쌓이면서 마이크로미터 크기 구멍마다 정전기 렌즈를 만든다. 렌즈를 통해 뒤따라 도달하는 나노입자들을 구멍 중심으로 모아 100나노미터 수준의 에어로졸 제트로 집속하는 원리를 새로운 3차원 프린팅 기술에 사용했다.

특히 나노입자를 부착하고, 실리콘 기판을 3차원으로 보내 원하는 형태의 3차원 나노 구조물을 한 번에 수천 개 이상 제작했다. 마스크 구멍을 더 작게 만들면 수십 나노미터 이하의 3차원 나노 구조물도 만들 수 있다.

개발한 기술은 민감도가 높은 3차원 나노 센서와 집적도를 높일 3차원 나노 전자소자를 제작하는 데 활용할 수 있다. 3D 나노 가스 센서는 기존 2D 필름 타입 대비 민감도를 2배 이상 높일 수 있다.

지금까지 없던 새로운 소자도 만들 수 있다. 가령 메타물질 제작에는 정교한 3차원 나노구조물로 어레이로 만들어야 하며, 연구팀이 개발한 기술로 구현할 수 있다.

최만수 서울대 교수는 “대학원생들과 함께 10여년 동안 에어로졸 기술을 이용하는 3차원 나노 프린팅 기술을 개발한 결실을 보게 되어 기쁘다”며 “이번 기술을 활용해 발전할 산업 제조 기술을 기대한다”고 강조했다.

노준석 포항공대 교수는 “음의 굴절률, 슈퍼렌즈, 투명망토 기술로 알려진 메타 물질 분야의 최대 난제였던 나노미터 수준의 임의 형상 3차원 구조를 만들 수 있는 혁신적인 생산 기술”이라며 “메타 물질 분야 실용화에 한발 다가서게 됐다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’에 1일자로 게재됐다.