▲ 윤동기 교수와 다공성 양극알루미늄 나노채널 속에서 형성된 단일 나선 나노구조체.

국내 연구진이 2차원 이하 점이나 선긋기, 물결무늬 패터닝에 불과했던 반도체 포토레지스터 기술을 한 차원 뛰어넘어 3차원 패터닝으로 구현할 수 있는 원천 기술을 개발했다.

KAIST(총장 강성모) 나노과학기술대학원 윤동기 교수 연구팀은 액정물질의 자가조립(self-assembly) 현상을 이용해 정밀한 나선형 나노구조체를 개발했다고 20일 밝혔다.

이번에 개발된 기술은 3차원구조 중 가장 구현하기 어려운 나선형 구조를 다양하게 변형해 만들 수 있어 주목받고 있다.

액정물질로 만든 이 구조는 20~200㎚(나노미터) 크기의 다공성 양극산화알루미늄막으로 제한된 공간에서 균일한 나선 형태를 유지했다. 또 나노구조체의 지름이 커짐에 따라 나선 패턴의 간격도 일정하게 늘어나는 특성을 보였다.

이 기술은 전자기장에 민감하게 반응하는 액정 소재의 고유성질을 이용해 고효율 광전자 소자 개발에 기여할 것으로 기대되고 있다.

나아가 현재 반도체 제조공정에서 사용 중인 2차원 광식각공정에서 벗어나 3차원 패터닝 기술로도 발전시킬 수 있다.

연구팀의 기술을 기반으로 3차원 반도체가 개발되면 지금보다 최소 수백배 많은 데이터를 저장할 수 있고 공정을 획기적으로 줄여 제조비용 절감 효과가 예상된다.

이번 연구의 핵심 기술인 ‘한정된 공간에서의 자기조립’이란, 온도, 농도, pH 등 주위환경에 따라 물리적으로 조립과 분리가 가능한 고분자, 액정, 생체분자 등 연성재료를 수십 나노미터의 공간 속에서 복잡한 나노구조체를 제어하는 기술이다.

윤동기 교수는 이번 연구에 대해 “액정물질이 형성하는 나선 나노구조체 제어의 물리·화학적 원리 규명에 세계최초로 성공했다”며 “이번 기술로 다양한 유기분자가 이루는 복잡한 나노구조체들을 기판의 표면 개질 및 한정된 공간을 이용해 제어할 수 있어 향후 유기분자 기반 나노구조체 연구에 커다란 기여를 할 것”이라고 연구 의의를 설명했다.

이와 함께 “개발된 원천기술을 바탕으로 NT(나노테크놀로지)와 IT(정보테크놀로지)가 접목될 수 있는 전기가 마련돼 LCD 등 액정관련 분야에서 차세대 신성장동력을 창출할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 세계적 학술지인 미국립과학원회보(PNAS) 10월7일자에 게재됐다.

▲ 제조된 나선 나노구조체의 전자현미경 사진.