개발된 새로운 나노와이어 전사 공정 과정과 나노희생층 식각 원리 모식도. KAIST 제공

국내 연구팀이 초고온에 열처리된 나노와이어를 옮기는 기술을 개발했다. KAIST 전기 및 전자공학부 윤준보 교수 연구팀은 700도에 열처리된 나노와이어 다발 물질을 유연 기판에 옮기는 기술과 이를 이용한 고성능 유연 에너지 수확 소자를 개발하는데 성공했다. 이번 연구 성과는 에이씨에스 나노(ACS Nano) 1월 30일 자 온라인 판에 게재됐다.

나노와이어는 나노미터(㎚=10억 분의 1m) 단위의 와이어로 1차원 구조에 기반한 우수한 물리·화학적 특성과 높은 응용성으로 주목받고 있다. 특히 나노와이어는 완벽하게 정렬된 배열과 평균보다 긴 길이 등 특수한 구조를 지니면 성능이 더 우수해져 나노와이어를 손쉽게 제작·분석하고 이를 통한 고성능의 응용 소자를 구현하려는 연구가 진행 중이다.

최근에는 물리·화학적으로 우수한 나노와이어를 유연 기판에 제작하고 고성능 웨어러블 센서 등 유연 전자소자에 응용하는 연구가 각광을 받고 있지만 기존 기술은 화학적 합성법으로 제조된 나노와이어를 용액에 섞어 유연 기판에 도포하는 방식으로 고성능 소자를 구현하는데 한계가 있다. 이같은 한계 때문에 최첨단 나노 공정법과 내열성을 갖는 유연 물질을 이용하기도 하지만 이는 경제적으로 비효율적이고 700도 이상의 초고온에서 안정적인 재료를 제작하기엔 부적합해 사용 범위가 제한적이다.

연구팀은 대면적으로 제작된 실리콘 나노그레이팅 기판과 나노희생 층 공정을 결합한 새로운 나노 옮기기 기술을 개발했다. 이 기술은 옮기기의 틀이 되는 나노그레이팅 기판과 나노와이어 사이에 나노희생 층이 위치하다가 자유로운 열처리 이후 나노와이어를 유연 기판으로 옮길 때 이 희생 층이 없어지기 때문에 초고온에서 물성확보가 된 나노와이어를 정렬된 형태로 유연 기판에 안정적으로 제작 할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이어 개발된 기술을 이용해 700도 이상부터 물성이 확보되는 티탄산바륨 나노와이어를 유연 기판 위에 완벽하게 정렬해 제작했다. 또 이 방법을 웨어러블 에너지 수확에 응용해 기존 보고된 일반적인 티탄산바륨 나노와이어 기반 에너지 수확 소자의 특성을 뛰어넘는 높은 전기적 에너지를 얻는데 성공했다.

연구팀은 개발된 기술이 반도체식 공정인 물리기상 증착법을 기반으로 제작되기 때문에 세라믹, 반도체 등 다양한 물질을 나노와이어의 유연 기판 위 제작에 활용 가능해 유연 트랜지스터, 열전소자 등 다양한 고성능 유연 전자소자 제작에 이용 될 것으로 기대하고 있다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com