포항공대, 원자까지 관측할 수 있는 ‘나노 안테나’ 개발 ,,,

노준식 교수팀, 도미노 원리로 1 nm 굵기 탐침 세계 첫 제작

"초고민감도 바이오센서 구현… 반도체 공정 정밀도 높일 것"

노준석 교수팀의 연구성과가 실린 학술지 ‘머티리얼즈 투데이( Materials Today )’의 표지사진 일부. 1 nm 곡률을 가진 탐침 시스템(삼각형)으로 에너지를 고밀도로 모을 수 있다는 것과 이 시스템을 만드는 공정기술의 핵심원리인 도미노 현상을 표현했다 ./ 과기정통부 제공

국내 연구진이 원자 지름 굵기의 탐침을 가진 나노 안테나를 개발했다. 수 나노미터( nm· 10억분의 1미터) 크기의 대상을 관측·검출하고 반도체 공정의 정밀도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 노준석 포항공대 교수 연구팀이 원자 수준의 해상도를 구현할 수 있는 안테나와 이를 위한 나노공정 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 연구성과는 재료공학 분야 학술지 ‘머티리얼즈 투데이( Materials Today )’에 이날 표지논문으로 게재됐고, ‘마이크로시스템즈 앤드 나노엔지니어링( Microsytems and Nanoengineering )’에도 오는 21일 발표될 예정이다.

크기가 10 nm 도 안 되는 원자는 광학현미경이나 전자현미경으로 볼 수 없다. 에너지를 고밀도로 모을 수 있는 뾰족한 탐침을 가진 안테나를 만든다면 가능하지만, 아직까지 성공한 사례가 없었다. 원자 내 전자와 이온의 상호작용으로 인한 왜곡 현상으로 10 nm 보다 얇은 탐침이 개발되지 못했기 때문이다. 탐침은 자신의 굵기보다 작은 대상은 관측할 수 없다.

도미노(왼쪽)처럼 나노 구조체를 쓰러뜨릴 때 1 nm 크기의 빈틈이 생기는 원리를 나타낸 그림(오른쪽) ./ 과기정통부 제공

연구팀은 ‘연속 도미노 리소그래피’라는 기술로 기존 한계를 극복했다. 매우 작은 구조체들을 도미노처럼 정렬해 쓰러뜨리면, 구조체들이 비스듬하게 겹치면서 1 nm 수준의 빈 공간이 생긴다. 이 빈 공간에 물질(현상액)을 담아 1 nm 굵기의 탐침을 만들 수 있다.

탐침이 뾰족한 만큼 태양 표면보다 100만배 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있고 이를 통해 원자나 작은 분자를 관측할 수 있다. 연구팀은 "초고민감도 바이오센서를 실험적으로 구현했다"고 했다.

연구팀은 이 기술을 그간 관찰이 힘들었던 양자 세계 연구나 반도체 정밀 공정에 활용할 계획이다. 노 교수는 "반도체 및 파운드리 산업에서 나노미터의 한계를 극복할 수 있는 나노가공 기술을 개발하고 상용화할 것"이라고 말했다.

https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=shm&sid1=105&oid=366&aid=0000582364