효과적 '대면적 나노패턴' 제조기술 개발됐다

김소연 UNIST 교수 공동연구팀, 나노패턴을 효과적으로 정렬시킬 전략 제시

전단-용매증기처리 방법에 대한 모식도와 각 단계에 해당하는 블록공중합체 패턴을 전자현미경으로 관찰한 사진

[아시아경제 김철현 기자] 울산과학기술원(UNIST, 총장 정무영)은 에너지 및 화학공학부의 김소연 교수팀이 권석준 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원, 허수미 전남대 교수팀과 공동으로 '블록공중합체'를 이용해 효과적으로 대면적 나노패턴을 제조하는 방법을 개발했다고 15일 밝혔다.

블록공중합체는 고분자 사슬 간의 반발력과 인력이 작용해 스스로 나노구조를 만드는 특성이 있다. 이런 특성 덕분에 블록공중합체로 나노 패턴을 만들면 다른 공정보다 저렴하고 빠르게 결과물을 얻을 수 있다. 하지만 패턴의 방향을 정렬하고 패턴 내에 생긴 구조적 결함을 제거하는 데 비싸고 복잡한 공정이 필요해 실제 적용에 한계가 있었다.

김소연 교수팀은 패턴의 방향 정렬과 패턴 내 결함을 차례로 정복해나가는 '분할정복' 방법을 통해 이 문제를 해결했다. 먼저 선 패턴을 형성하는 블록공중합체 박막 위에 밀어주는 힘을 가해 패턴 정렬의 방향성을 만들었다. 다음으로 남아있는 결함 제거는 용매 증기 처리 방식을 이용했다. 용매 증기가 고분자 박막 내부에 침투하고 박막이 부풀어 오르면, 늘어난 공간만큼 고분자 사슬들이 움직일 수 있게 되면서 불안정한 결함 구조를 스스로 제거하게 되는 것이다.

또 공동연구팀은 '선패턴균일도'라는 개념을 개발해 두 단계를 거친 후 패턴의 품질이 얼마나 향상됐는지 분석해 품질 향상을 입증했다. 또 전단-용매증기처리 과정에서 결함이 효과적으로 제거되는 원리를 시뮬레이션을 통해 제시해 이 공정의 응용성을 높였다.

김 교수는 "블록공중합체를 이용한 나노 패터닝에 관한 연구는 많지만 큰 면적의 나노 패턴에서 배향 문제와 결함 제거를 한 번에 해결한 연구는 드물다"며 "반도체 뿐만 아니라 광전소자, 플라즈모닉 소자 등 다양한 소자의 나노 패터닝에도 적용이 가능할 것으로 기대된다"라고 했다. 이번 연구는 세계적 권위의 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr