신개념 블록 공중합체 조립으로

기존보다 정밀하고 복잡해진

나노 패턴 대면적 제조 성공

▲ 나노 패턴을 만드는 새로운 기술을 개발한 UNIST 김소연 교수(오른쪽)과 김동협 연구원.
UNIST 연구진이 반도체나 디스플레이 등에 필요한 나노 패턴을 만드는 새로운 기술을 개발했다.

UNIST(총장 정무영)는 에너지 및 화학공학부의 김소연 교수팀이 고분자 중 하나인 블록 공중합체의 박막 내 ‘흡착층(adsorbed layer)’을 조절해, 복잡한 나노 패턴을 대면적으로 제조하는 방법을 개발했다. 나노 분야에서는 ㎝단위의 크기로 제작하면 대면적이라고 말한다.

블록 공중합체는 서로 다른 고분자가 하나의 고분자 사슬에 화학적으로 연결된 구조를 가진 물질이다. 박막의 경우 다양한 나노 패턴을 새기는 게 가능하다.

블록 공중합체는 고분자 사슬 간의 반발력과 인력이 작용해 스스로 나노구조를 만드는 특성(자기조립성)이 있다. 특히 박막 상태에서는 최신 나노 패터닝 기술로도 만들기 힘든 수~수십 나노미터(㎚, 10억 분의 1m) 크기의 미세한 점이나 선 등을 제조할 수 있다.

그러나 실제 반도체나 디스플레이에 필요한 나노 패턴은 기존 블록 공중합체로 형성하는 것보다 훨씬 복잡하다. 블록 공중합체를 활용해 이를 충족하려면 추가로 복잡한 공정이 필요하고, 비용과 시간도 천문학적으로 들어간다.

연구진은 새로운 블록 공중합체 자기조립 시스템을 구현해 기존보다 정밀하고 복잡한 나노 패터닝에 성공했다. 블록 공중합체 박막 기판 바로 위에 수 나노미터 두께로 형성되는 ‘흡착층’을 ‘물·공기 계면에서 자기조립된 블록 공중합체’로 바꾸는 방법이다.

물·공기 계면에서 자기조립된 블록 공중합체를 기판에 옮겨, 수 나노미터 두께의 흡착층을 만들고, 그 위에 새로운 블록 공중합체 박막을 만들자 전체 블록 공중합체의 자기조립 현상이 달라졌다. 인위적으로 만들어진 흡착층이 나노 패터닝 과정에 가해지는 열이나 힘을 견딜 수 있을 정도로 안정적으로 변했고, 자연적 흡착층의 형성을 막아, 상부의 블록 공중합체 자기조립을 조절했다.

연구결과는 종합화학 분야 권위지인 ‘ACS 센트럴 사이언스’에 9월10일자로 게재됐다. 김봉출기자

 

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