스마트폰이나 웨어러블 기기에 들어가는 첨단 소자들에는 나노미터(nm)크기의 복잡한 패턴들이 새겨져 있다. 전자기기의 크기도 기술의 발전에 따라 작아짐에 따라 소자들은 더욱 작으면서도 고도화된 기능을 수행해야 하는 어려운 도전에 봉착해 있다.
머리카락 굵기보다 작은 크기의 패턴을 만들어내기 위해 다양한 방법이 연구되고 있으며, 그중에서도 기판 위에 패턴을 깎아내듯 찍어내는 나노임프린트 리소그라피는 저렴한 생산비용과 효율적인 생산성으로 각광을 받는 기술 중 하나다. 그중에서도 알루미늄을 산화시켜 만드는 다공성(多孔性) 알루미나는 평방 센티미터당 10억개 이상의 나노 기공이 규칙적인 벌집모양으로 배열되어 있어 널리 활용되는 주형(鑄型) 소재다. 그러나, 이 주형은 세라믹의 잘 부서지는 성질을 가지고 있어 공정이 끝나면 표면에 균열이 생기고, 평평한 기판에서만 제조할 수 있다는 한계가 있었다.
POSTECH(포항공대, 총장 김도연) 화학공학과 김진곤 교수, 통합과정 김상훈 씨 연구팀과 한국표준과학연구원(KRISS) 이우 박사팀은 롤투롤(Roll-to-roll) 공정에 적용할 수 있는, 다공성 알루미나와 유연한 성질을 갖는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 화학적으로 적층시킨 하이브리드 주형을 제작해 재료분야 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’지 속표지 논문으로 발표했다.
연구팀은 다공성 양극산화 알루미나 주형에 실리콘의 일종인 폴리디메틸실록산을 합치자, 낮은 압력에서도 기판과 완전하게 접촉할 수 있었고 압력을 높이거나 구부려도 힘을 분산시켜 주형에 균열이 일어나는 것을 방지하는 결과를 얻었다고 밝혔다. 이 주형은 평평한 기판 외에도, 곡면을 가진 기판에서도 나노 구조체를 만들 수 있었을 뿐 아니라, 롤에 끼워 연속적으로 나노 패턴을 전사하는 롤투롤 공정에도 적용하였다.
연구를 주도한 김진곤 교수는 “이번 연구는 나노임프린팅의 주형으로 사용해오던 다공성 알루미나 주형의 문제점을 유연한 고분자 탄성체와 화학적으로 하이브리드 형태로 적층하여 해결했다는 점에 의의가 있다”며 “다양한 크기와 모양의 나노 구조체를 쉽게 제조할 수 있어 나노 임프린팅 공정 발전에 큰 도움을 줄 것”이라고 설명했다.
한편 이 연구는 과학기술정보통신부의 창의적 연구진흥사업의 지원 아래 수행됐다.
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