김대식 특훈교수팀, 나노 공정 기술의 한계 극복
반도체 초미세 소자 제조 등에도 응용 가능
나노공정의 한계를 극복한 0나노미터급 광학소자 제조 기술이 개발됐다.
UNIST(총장 이용훈)는 김대식 물리학과 특훈교수 연구팀이 0나노미터(nm, 10-9m)에서 시작하는 '초미세 틈 구조(제로 갭) 제작 공정'을 개발했다고 15일 밝혔다. 이 제로 갭 구조를 잘 휘어지는 기판에 구현하면 안테나를 비롯해 초고효율 광학 능동 소자로 사용할 수 있다.
제로 갭 구조는 얇은 금속 층이다. 기판 위에 두 금속 층을 인접해 쌓으면(증착) 경계면에 초미세 균열이 생긴다. 기판을 구부리면 장력에 의해 0나노미터에 가까운 틈새가 생기고, 장력을 제거하면 연결된다. 틈이 열리면 틈 내부에 전기장이 증폭돼 전자기파가 높은 비율로 투과되고, 틈이 일부만 닫혀도 투과도는 급격히 낮아진다.
이러한 열고 닫을 수 있는 제로 갭 구조를 이용하면 전자기파(빛) 투과도가 1에 가까운 'on'과 10-5 정도인 'off' 상태를 오가는 능동 광학 소자를 만들 수 있다.
시험 결과 스위칭 효율을 나타내는 on/off 비율은 105를 나타냈고, on/off 전환을 1만 번 이상 반복해도 성능을 그대로 유지했다.
초미세 나노공정은 고성능 반도체 칩 개발을 비롯해 초정밀산업 핵심기술이지만, 초미세 구조와 공정 단위가 0에 가까워질수록 기술 개발 속도도 한계치에 가까워져 더딜 수밖에 없었다. 김 교수팀은 더 이상 초미세 구조 구현이 어렵다면 아예 0에서 시작해 구조를 쌓아나가는 방식에 착안했다.
김대식 특훈교수는 “틈 구조를 이용한 광학소자는 '단락(on-off)'이 확실해 스위칭 효율이 높고, 복잡한 나노 공정도 필요치 않아 실제 소자로 바로 활용할 수 있다”며 “금속 대신 쉽게 제거(식각) 가능한 고분자 물질을 사용하면 1나노미터 미만의 반도체 소자 제작에도 쓰일 수 있다”고 말했다.
이번 연구는 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈' 3월 24일자에 실렸다. 한국연구재단(NRF) 지원을 받아 서울대, 강원대와 공동 수행했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
