우리얘기

Digital Selective Growth of ZnO Nanowire Arrays from Inkjet-Printed Nanoparticle Seeds on a Flexible Substrate S.H. Ko et al. (Langmuir - 2012. 3.14. 출판)

최근 나노선 (nanowire), 나노튜브 (nanotube), 나노입자 (nanoparticle) 등의 나노구조물을 이용한 다양한 기능성 소자의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

이는 기존의 스케일에서 볼 수 없었던 새로운 전기적, 광학적, 기계적, 화학적 성질을 나노스케일에서 발견할 수 있고, 이를 이용해 성능이 뛰어난 소자를 제작할 수 있기 때문이다.

하지만 기존의 공정들은 진공, 고온상태에서 촉매와 유해한 기체화합물 전구체를 기본적으로 필요로 하기 때문에 고비용의 전구체와 진공장비의 필요성 때문에 합성에 필요한 비용이 굉장히 크고, 나노구조물을 합성하는 기판의 선택에 있어서 높은 온도에 견디지 못하는 플라스틱과 같은 물질을 이용하지 못하며, 환경 비친화적인 단점을 가지고 있다.

뿐만 아니라 전자 소자와 나노구조물 간의 기계/전기적 접합 성질 면에서 신뢰성이 뛰어나지 못하고, 정렬된 나노구조물의 정확한 방향성 및 균일성 등에 있어서 성능이 좋지 못하다. 따라서 실제 소자로의 응용 시 여러 가지 문제점들을 안고 있다. 

본 연구팀은 이러한 기존의 단점을 극복하기 위하여 디지털 직접 나노물질 성장법을 개발하였다.

잉크젯 장비를 이용하여 종이에 프린트하듯이 나노물질의 씨앗층(seed layer) 패턴을 기판위에 형성시키고 100℃ 이하의 저온에서 열수 화학반응 (hydrothermal reaction)을 이용하여 씨앗층에만 나노와이어를 선택적으로 성장시켜서 기존의 광식각 (photolithography)공정과 유전영동 (dielectrophoresis), 미세유체 흐름 (microfluidics), 미세접촉 인쇄기법 (micro contact printing) 등을 이용하지 않고 단일 공정으로 성장시키는 선택적 저온 성장법을 개발하였다.

따라서 고가의 후속 공정들이 없이도 대면적 플라스틱 기판에 나노물질을 단일공정을 통해 나노물질 합성과 패터닝을 동시에 수행할 수 있는 신개념의 공정을 개발할 수 있었고 전자소자와 나노구조물 간의 기계/전기적 접합 신뢰성 및 나노구조체 방향성 및 균일성을 극대화 시킬 수 있었다.

이와 더불어 원하는 위치에 직접 나노물질을 합성하고 패터닝하는 디지털 나노물질 직접 패터닝 기술은 공정변경이 굉장히 용이하여 초기 나노소자 개발에 걸리는 공정개발시간을 대폭 단축시킬 수 있으며,  저온공정 특성상 플라스틱 기판에 구현이 가능하며 현재 차세대 대량생산공정으로 가장 주목을 받고 있는 롤투롤(roll-to-roll)공정으로 적용이 용이하여 현재 나노소자의 가장 큰 걸림돌이었던 대량생산과 상용화의가능성을 제시한 획기적인 기술로 고성능 나노소자의 상용화에 필요한 핵심 기술이 될 것으로 기대된다. 

4. 주요성과 
1. S.H. Ko, D. Lee, N. Hotz, J. Yeo, S. Hong, K.H. Nam, C.P. Grigoropoulos, "Digital selective growth of ZnO nanowire arrays from inkjet printed nanoparticle seed on a flexible substrate", Langmuir, 28,4787-4792, 2012.
2. Y. Son, J. Yeo, H. Moon, T.W. Lim, K.H. Nam, C.P. Grigoropoulos, S. Yoo, D.-Y. Yang and S.H. Ko, "Nanoscale Electronics: Digital Fabrication by Direct Femtosecond Laser Processing of Metal Nanoparticles", Advanced Materials, 23, 3176-3181, 2011.
3. S.H. Ko, D. Lee, H.W. Kang, K.H. Nam, J.Y. Yeo, S.J. Hong, C.P. Grigoropoulos, H.J. Sung, "Nanoforest of Hydrothermally Grown Hierarchical ZnO Nanowires for a High Efficiency Dye-sensitized Solar Cell", Nano Letters, 11(2), 666-671, 2011.
4. I. Park, S.H. Ko, H. Pan, C.P. Grigoropoulos, A.P. Pisano, J.M.J. Frechet, E. Lee, and J. Jeong, "Nanoscale Patterning and Electronics on Flexible Substrate by Direct Nanoimprinting of Metallic Nanoparticles", Advanced Materials 20, 489-496, 2008.
5. S.H. Ko, I. Park, H. Pan, C.P. Grigoropoulos, A.P. Pisano, C.K. Luscombe, and J.M.J. Frechet, "Direct Nanoimprinting of Metal Nanoparticles for Nanoscale Electronics Fabrication", Nano Letters 7(7), 1869-1877, 2007