▲ ▲김봉수 KAIST 교수. ▲김봉수 KAIST 교수

국내연구진이 촉매없이 금속 나노선을 기판위에 손쉽게, 원하는 형태로 성장(epitaxial growth)시킬 수 있는 원천기술을 개발했다.

교육과학기술부(장관 안병만)는 ‘21세기 프론티어연구개발사업’ 나노소재기술개발사업단(단장 서상희 박사)의 지원을 받은 KAIST 김봉수 교수 연구팀이 초탄성·무결점의 단결정 금속 나노선을 개발하는데 성공했다고 지난 18일 밝혔다.

지난 2004년 MIT 선정 10대 유망기술에 선정된 바 있는 나노선(nanowire)는 단면의 지름이 수십에서 수 나노미터(1㎚: 10억분의 1m) 정도인 극미세선으로, 트랜지스터, 메모리, 센서 등 첨단 전기전자 소자를 개발하는데 핵심적인 미래기술이다.

지금까지 반도체 나노선의 경우에는 정렬된 성장(epitaxial growth)이 가능했으나 금, 팔라듐 등 금속 나노선의 경우에는 적절한 촉매가 없어서 이러한 정렬된 성장을 실현하기 어려웠다.

▲ ▲사파이어 기판 위에 수직으로 성장한 완전 단결정 금 나노선. ▲사파이어 기판 위에 수직으로 성장한 완전 단결정 금 나노선

KAIST 김봉수 교수 연구팀은 증기의 양, 온도, 압력 등을 최적으로 조절함으로써, 촉매 없이 금, 팔라듐, 및 금팔라듐 합금 나노선을 원하는 대로 방향성 있게 성장시키는 데 세계 최초로 성공했다.

또한, 어떠한 물질이라도 기판 위에 씨앗 결정을 형성하기만 하면 잘 정렬된 나노선으로 성장시킬 수 있다는 사실을 밝혔다.

금번 개발된 기술을 통해 성장된 나노선은 초탄성(超彈性)․무결점 뿐만 아니라 완벽히 깨끗한 표면을 가지고 있다는 특징이 있어, 나노크기의 탄성에너지 저장장치, 나노안테나, 질병진단용 메디컬 센서 등 새로운 기술분야에 다양하게 응용가능하다.

▲ ▲금 나노선을 이용한 질병진단 센서 (예). ▲금 나노선을 이용한 질병진단 센서 (예)

김봉수 교수는 “이 기술을 한 단계 더 발전시켜 기판 위에 씨앗을 원하는 위치에 놓을 수 있다면 나노선의 위치 및 방향을 마음대로 제어할 수 있게 되기 때문에 차세대 3차원 메모리 소자의 대량생산이 가능해져 세계 메모리 산업에서 선도적 위치를 차지할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 이번 연구결과는 나노 분야의 세계적 권위지인 나노레터스(Nano Letters)지 1월 6일자 온라인 속보판에 소개됐으며, 현재 미국 및 독일 등에 특허 출원중이다.