[대학저널 황혜원 기자] UNIST(총장 이용훈) 에너지 및 화학공학부 김소연 교수팀은 ‘나노 모자이크 코팅’을 이용해 블록공중합체의 복잡한 패턴을 제어 할 수 있는 기술을 개발했다.
블록 공중합체(다른 종류의 고분자가 블록 단위로 연결된 물질)는 고분자 물질로 스스로 머리카락 10만분의 1 두께로 특정 패턴을 만든다. 연구팀이 개발한 기술을 이용하면 블록 공중합체가 스스로 만드는 ‘그림’을 더 정밀하게 조절할 수 있다.
반도체 같은 미세 소자는 강한 빛으로 기판에 회로를 그리는 리소그래피 공정을 이용해 제작한다. 더 성능 좋은 전자기기를 만들려면 반도체 크기가 작아져야 하고, 회로 폭도 더 가늘어져야 하지만 현재 기술로는 10나노미터 폭 이하로는 회로 구현이 힘들다.
블록 공중합체는 박막(thin flim) 상에서 자기조립을 통해 스스로 주기적인 나노패턴을 형성한다. 이 성질을 이용하면 10나노미터 이하의 초미세 패터닝이 가능하다. 블록 공중합체를 이용해 원하는 나노패턴을 얻으려면 박막과 기판 사이의 ‘계면 조건’이나 박막의 표면 조건을 정확하게 통제해야 한다는 한계가 있다.
김소연 교수팀은 ‘나노 모자이크’ 코팅 기술을 통해 블록 공중합체 박막의 계면을 정확하고 정교하게 통제해 블록 공중합체 나노 패턴을 얻는 데 성공했다. 고분자 용액(블록 공중합체 용액)을 물 표면에 몇 방울 떨어트리면 조밀한 점 무늬인 ‘나노 모자이크’가 만들어지는데, 그 위에 블록 공중합체를 올려 원하는 형태의 나노 패턴을 얻는 방식이다.
블록 공중합체와 기판 사이의 나노 모자이크 막(코팅)이 계면 에너지를 조절 하는 ‘컨트롤러’ 역할을 한다. 나노 모자이크 간격을 얼마나 조밀하게 만드느냐에 따라 계면에너지 크기 쉽게 조절 할 수 있다.
김소연 교수는 “나노 모자이크 코팅이라는 간단한 방식을 이용해 블록 공중합체 박막의 계면을 조절하는 데 성공했다”며 “나노 모자이크 코팅은 기존 고분자 박막 계면 조절 방식보다 훨씬 간단해 대면적으로 산업화가 용이하며, 향후 다양한 시스템의 계면조절에 응용 가능 할 것”이라고 말했다.
이 연구 결과는 나노과학 및 재료과학 분야 세계적 권위지인 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 6월 4일자로 온라인 출판됐다. 연구 지원은 한국연구재단의 선도연구센터지원사업, 중견연구자지원사업 및 글로벌박사양성사업을 통해 이뤄졌으며, 박막의 나노구조 분석에는 포항가속기연구소의 9A U-SAXS 빔라인이 활용됐다.
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