지금보다 훨씬 빠르면서도 쉽게 그리고 효율적으로 원하는 두께와 크기로 ‘3D 초미세 나노 패턴’ 프린팅 할 수 있는 기술이 한·미 공동 연구진에 의해 개발됐다.

▲ 연구에 참여한 안희준 교수와 송치호 박사과정 연구원

한양대 공과대학 유기나노공학과 안희준 교수가 주도하고 송치호 박사과정 연구원 참여한 연구팀이 미국 일리노이 주립대, 시카고 대학 연구팀과의 공동연구를 통해 분자의 자기조립기술과 전기장을 이용한 차세대 프린팅 기술을 결합한 ‘3D 초미세 나노 패턴 프린팅 기술’을 개발했다. 이 연구는 교육부(장관 서남수)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 이공분야 대학 중점연구소 지원사업으로 수행되고, 연구결과는 나노과학기술분야 최고 권위지인 네이처 나노 테크놀로지(Nature Nanotechnology)지 최신판 9월호(8월 25일 온라인 게재)에 게재됐다. 또한, 같은 학술지의 ‘News & Views’ 기사를 통해 연구성과의 우수성을 다시 한 번 인정받았다.

논문명 : Hierarchical Patterns of Three Dimensional Block-Copolymer Films Formed by Electrohydrodynamic Jet Printing and Self-Assembly

기사명 : Nanolithography: Painting with block copolymers

안희준 교수팀이 개발한 ‘3D 초미세 나노 패턴 프린팅’ 기술은 bottom-up 방식의 블록공중합체 분자조립 기술과 top-down 방식의 프린팅 기술을 결합한 것으로, 기존의 나노 소자 제작에 사용되는 기술보다 훨씬 간단하고 빠른 속도로 원하는 형태의 나노 구조체를 나노미터 (10억분의 1미터) 스케일부터 실제 반도체 공정에 쓰이는 센티미터 스케일까지 다양한 크기로 제작이 가능할 뿐만 아니라 분자 크기(수 나노미터)의 두께 통제가 가능하다. 특히 하나의 기판 위에 서로 다른 블록공중합체를 프린팅 해 다양한 나노 패턴 형태를 가지는 나노 구조체 제작을 세계 최초(最初)로 시도 해 기존의 스핀 코팅을 이용한 나노 소자 제작 공정의 한계를 극복하였다.

이번 스포츠토토 개발에 사용된 분자자기조립 스포츠토토은 고분자, 플라스틱, 액정, 콜로이드, 생체분자 등과 같이 딱딱하지 않고 유연한 연성소재의 분자들이 외부의 도움 없이 스스로 정렬해 정형화된 구조를 형성하는 것을 말하며, 기존에 만들기 어려웠던 분자크기 수준의 초미세 나노패턴구조물을 효율적으로 만들 수 있는 스포츠토토로서, 고(高)집적 반도체 제작 공정을 위한 대안으로 학계뿐만이 아니라 산업계에서도 많은 관심을 모으고 있다.

또한, 나노 패턴 제작에 사용된 프린팅 기술인 전기수력학적 분사 인쇄 (Electrohydrodynamic(EHD) Jet Printing)기술은 전기장을 이용한 전기수력학력(Electrohydrodynamic Force)을 통해 잉크를 토출 · 분사시키는 직접 인쇄(Direct-writing) 방식으로, 널리 알려진 잉크젯 프린팅(Ink Jet Printing)과 비교했을 때 나노 스케일의 고(高)해상도(High-resolution) 특성 구현, 빠른 인쇄 속도, 다양한 잉크의 적용 범위 등의 장점을 가지고 있어 차세대 프린팅 기술로 각광받고 있다.

블록공중합체의 자기조립 성질을 이용한 나노 패턴 제작은 국내·외 연구진들에 의해 오랫동안 연구되어 왔으나, 대부분이 스핀코팅을 이용한 공정방법에 제한되어 있었다. 안희준 교수팀이 개발한 3D 나노 패턴 프린팅 기술은 기존 스핀코팅 공정의 기술적 한계를 극복함과 동시에 자유자재로 원하는 물질과 복잡한 형태의 나노 패턴을 원하는 위치에 프린팅 할 수 있어 실질적인 산업 기술로의 적용에 한걸음 다가선 것으로 보인다.

안희준 교수는 “이번에 개발된 3D 초미세 나노 패턴 프린팅 기술이 반도체 산업뿐만 아니라 고성능 자기 저장 매체, 대용량 메모리 소자, 태양전지 등 다양한 차세대 나노 소자 제작을 필요로 하는 산업에 큰 파급 효과를 줄 것으로 기대 된다”고 연구의의를 밝혔다.

▲ 두 종류의 블록공중합체 잉크를 이용하여 제작한 나비모양 초미세 패턴