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3차원 나노금형을 고가의 노광장비를 사용하지 않고 값 싸게 대량 생산할 수 있는 원천기술이 개발됐습니다.

3차원 나노금형 제작기술은 차세대 메모리, 나노센서 등을 값 싸게 제작할 수 있는 나노임프린트 공정의 핵심기술입니다.

한국기계연구원 정준호 박사팀은 KAIST 김상욱 교수팀과 공동으로 3차원 나노금형 제작기술 개발에 성공했습니다.

연구팀은 금속 산화물 소재의 3차원 집적 나노임프린트 공정과 블록 공중합체 자기 조립공정을 융합해 30㎚급 3차원 나노금형을 제작했습니다.

이번에 개발된 기술은 공정이 단순할 뿐만 아니라 대면적 3차원 곡면 상에 수십 나노미터 크기의 구조물을 제작할 수 있습니다.

 

(A) 금속산화물 직접 나노임프린트와 블록공중합체 자기조립의 융합을 통한 나노금형 제작공정도
(B) 금속산화물 직접 나노임프린트공정에 의해 제작된 800 nm 주기의 금속산화물 패턴
(C) 금속산화물 패턴 안에 블록공중합체 자기조립공정에 의해 형성된 30 nm급 패턴

 

(A) 금속산화물 직접 나노임프린트를 사용한 3차원 곡면 구조 제작 공정도
(B) 3차원 곡면 구조 단면 전자현미경 사진
C) 3차원 곡면 구조 원자현미경 사진

3차원 금속산화물 곡면 상에 형성된 30 nm급 패턴, 블록공중합체 코팅두께에 따른 패턴 형상 변화
(A: 20 nm 두께, B: 40 nm 두께, C: 50 nm 두께, 각각의 단면사진(D-F))

연구팀은 이를 바탕으로 금속 나노와이어 기반의 투명전극을 개발할 예정입니다.

이번 연구결과는 나노분야 저명 국제 학술지 'small'(IF: 7.33)  5월 21일 자 내부 표지논문으로 선정되었습니다.

2012년 5월 21일자 'small'지의 내부표지 사진


<금속산화물소재 직접 나노임프린트공정>

기존의 나노패턴형성 공정에서 필수적인 고비용의 식각공정 없이 한 번에 금속산화물 소재의 나노패턴을 제작할 수 있는 공정이다.
금속산화물을 함유한 유무기 소재가 코팅된 기판에 나노금형을 가압한 후 자외선을 조사하여 경화 시키고 나노금형을 분리한다. 최종적으로 300oC 열 처리를 통해 유기물을 제거하게 된다.

<블록공중합체 자기조립>

블록공중합체는 서로 다른 화학적 구조를 가지는 고분자 블록들이 공유결합을 통하여 연결되어 있는 분자구조를 가지고 있다.
한 물질 내에 존재하는 고분자 블록들은 상분리를 일으키려고 하나 서로 공유결합으로 연결되어 있기 때문에 상분리가 제한되어 결국 구 (sphere), 실린더 (cylinder) 등의 형태로  5~50㎚의 주기를 갖는 나노 패턴을 형성한다.
일반적인 블록공중합체 자기조립으로 형성되는 나노패턴은 무질서한 배향 방향을 가질 뿐 아니라 많은 결함을 내포하고 있다.
따라서 실질적인 응용을 위해서는 나노패턴의 배향과 배열을 원하는 형태로 조절할 수 있는 기술이 필요하다.

<금속산화물 직접 나노임프린트 공정과 자기조립공정의 융합기술>

직접 나노임프린트 공정을 이용하여 넓은 면적에 큰 주기의 금속 산화물 패턴을 제작하고 금속 산화물 패턴 내부에 정렬된 블록 공중합체 나노구조를 형성시키는 기술이다.
식각공정을 사용하지 않는 직접 나노임프린트 공정으로 제작한 금속산화물 패턴은 표면 조도가 매우 우수하며 고온에서도 안정한 격벽구조를 유지할 수 있어 결함이 없는 블록공중합체 나노구조를 형성시킬 수 있다.

 

 용  어  설  명 

나노금형:
나노임프린트 공정의 필수부품으로 나노크기의 패턴이 새겨진 금형

나노임프린트 공정:
나노금형을 사용하여 도장을 찍듯 기판 상에 나노패턴을 전사하는 공정으로, 전량 수입에 의존하는 수백억대 노광장비로도 구현이 어려운 10 ㎚이하의 패턴 형성도 가능한 공정

 

posted by 글쓴이 과학이야기

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2011. 10. 22. 06:00 대덕밸리과학소식/KAIST

KAIST 기계공학과 박인규 교수팀이 최근 나노미터(10억분의 1미터) 크기 공간에서 전기제어와 온도차를 이용해 나노분자를 제어하는 원천기술 개발에 성공했습니다.

박 교수가 이번에 개발한 기술은 ▲고밀도 전자회로 패터닝 ▲고성능 다중물질 나노센서 개발 ▲단백질·유전자 조작 ▲ 세포조작 및 자극 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대받고 있습니다.

특히 기술적 한계로 나노미터 크기의 섬세한 분자제어가 어려워 개발이 더뎠던 초소형-휴대형 센서 개발에도 커다란 변화를 가져올 것으로 예상됩니다.

연구팀은 나노패터닝 공정으로 고밀도·고정렬 나노와이어를 만들고, 각각의 와이어에 전기를 제어하고 빠르게 온도를 조절해 화학반응 제어를 실현해 나노분자를 정밀하고 신속하게 조절가능하다는 것을 실험으로 입증했습니다.

이 기술은 나노공간에서 선택적이고 개별적인 온도조절로 바이오 분자조작, 선택적 회로집적 등에 응용돼 화학센서의 성능향상이나 초소형 센서 개발 등 IT/ET 융합기술 발전에 크게 기여할 수 있을 전망입니다.

이번 연구결과는 세계적 권위의 나노기술 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 10월 3일자 온라인 판에 게재됐습니다.

이번 연구에는 KAIST 박 교수를 비롯해 김춘연 기계공학과 박사과정 학생, 한국표준연구원 이광철 박사, HP의 지용 리(Zhiyong Li), 스탠 윌리암스(Stan Williams) 박사 등이 참여했습니다.

나노와이어를 선택적 온도조절한 후 반응 이미지를 촬영한 모습


나노크기 공간에서 선택적 온도조절을 통한 화학물질 반응/조작 예시

 

 용  어  설  명

전자회로 패터닝 :
메모리, 논리소자 등 전자회로를 기능에 맞게 형상을 설계하고 이에 따라 기판위에 형성하는 기술 


다중물질 나노센서 :
검출기능이 있는 다종 나노물질의 배열로 이루어진 센서로 다양한 화학물질을 동시에 측정할 수 있는 기능을 가지는 소자


단백질·유전자 조작 :
DNA, RNA 분자 및 단백질의 결합, 분리, 변환 등을 일으키는 과정 및 기술


나노패터닝 공정 :
나노미터 수준의 분해능 및 선폭을 갖는 패턴 및 구조물을 생성하는 공정


나노와이어 :
선폭이 1-100 나노미터, 길이 수 마이크로 미터를 갖는 가늘고 긴 1차원 나노구조물

posted by 글쓴이 과학이야기

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