'700도 고온 열처리'···나노와이어 이식 기술 개발

윤준보 KAIST 교수팀 연구···고성능 유연 전자소자 제작 활용 기대
700도 이상에서 열처리된 나노와이어를 옮기는 기술이 개발됐다. 이에 따라 유연 트랜지스터, 열전소자 등 다양한 고성능 유연 전자소자 제작에 활용될 전망이다. 

KAIST는 윤준보 전기·전자공학부 교수팀이 고온에 열처리된 나노와이어 다발 물질을 유연 기판에 옮기는 기술과 이를 이용한 고성능의 유연 에너지 수확 소자를 개발했다고 22일 밝혔다.

나노와이어(nanowire)는 나노미터 단위의 크기를 갖는 와이어 구조체를 의미하는데 우수한 물리·화학적 특성과 응용성이 있어 과학·공학적으로 중요하게 사용되고 있다. 

최근에는 물리, 화학적으로 우수한 나노와이어를 유연 기판에 제작하고 고성능 웨어러블 센서 등의 유연 전자소자에 응용하는 연구가 각광 받아 왔다.

기존에는 화학적 합성법으로 제조된 이 구조체를 용액에 섞어 유연 기판에 도포하는 무작위 분포 방식을 활용했는데 이를 고성능 소자로 구현하기에는 어려움이 있었다. 

가령 최첨단 나노 공정법과 내열성을 갖는 유연 물질을 이용해도 경제적으로 비효율적이고 700℃ 이상의 초고온에서 안정적인 재료를 제작하기가 어려워 사용범위가 제한적이었다.

연구팀은 대면적으로 제작된 실리콘 나노그레이팅(nano-grating) 기판과 나노희생 층(nano-sacrificial layer) 공정을 결합하는 새로운 나노 옮기기(nano-transfer) 기술을 개발해 문제를 해결했다.  

개발된 기술을 통해 초고온에서 물성 확보가 된 나노와이어를 정렬된 형태로 유연 기판에 안정적으로 제작가능해졌다.

연구팀은 이 기술을 이용해 700℃ 이상부터 물성이 확보되는 티탄산바륨 나노와이어를 유연 기판 위에 완벽하게 정렬해 제작했다. 이어 웨어러블 에너지 수확에 응용해 실험한 결과 기존 티탄산바륨 나노와이어 기반 에너지 수확 소자보다 더 높은 전기적 에너지를 얻었다. 
 
개발된 기술은 반도체식 공정인 물리기상 증착법을 기반으로 제작하기 때문에 세라믹, 반도체 등 다양한 물질을 나노와이어의 유연 기판 위 제작에 활용 가능하다. 

연구에 제1저자로 참여한 서민호 박사과정은 "물성이 향상된 나노와이어 물질을 유연 기판 위에 옮기고 이를 이용한 소자 수준의 성능 향상을 선보였다"며 "다양한 나노와이어 물질을 유연 기판 위에 제작하거나 고성능 웨어러블 전자 소자 구현에 기반이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 도약연구지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 나노과학·공학 분야 국제 학술지 ACS Nano지에 지난 달 30일자 온라인 판에 게재됐다. 

개발된 새로운 나노와이어 전사 공정 과정과 나노희생층 식각 원리의 모식도.<자료=KAIST 제공>개발된 새로운 나노와이어 전사 공정 과정과 나노희생층 식각 원리의 모식도.<자료=KAIST 제공>
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