높은 해상도와 균일도
(내외방송=정지원 과학전문 기자) 앞으로 전자제품에 들어가는 수많은 회로가 사진을 인쇄하듯 간단한 방법으로 가능해질 전망이다.
UNIST는 28일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "손재성 신소재공학과 교수, 이지석 에너지화학공학과 교수 연구팀이 빛을 받으면 굳는(광경화성) '금속 칼코게나이드 잉크'를 활용한 광학인쇄공정을 개발했다"고 밝혔다.
금속 칼코게나이드는 발광과 전기적 특성 등을 가지기 때문에 다양한 소자에서 중요한 역할을 할 수 있는 무기물(가열해도 타지 않고 변화도 없는 물질)이다.
연구팀은 이번에 개발한 공정을 통해 2D, 3D 구조체와 마이크로 열전 소자(열에너지와 전기 에너지의 변환이 가능함) 제작도 성공해 기존 공정을 대체할 '무기물 소재의 패턴화(회로) 기술' 가능성을 보여줬다.
기존 패터닝 기술은 공정료가 비싸고, 과정도 복잡하다는 단점과 유기물(가열하면 연기가 발생하는 물질)이 포함돼 소재의 특성이 저하된다는 문제가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 유기물(고분자, 분자의 양이 매우 많음)을 포함하지 않는 '광경화성 무기술 잉크'를 합성하고, 디지털 광 처리를 인쇄 공정에 접목해 '무기물 소재 광학 프린팅 기술'을 개발했다.
최근 무기물 소재 중에서 반도체 소재로 주목받고 있는 금속 칼코게나이드와 2차원 전이금속 다이칼코게나이드를 활용한 것이다.
이 소재가 들어있는 용액에 광산(빛을 받으면 산성물질을 뿜는 물질) 발생제를 첨가해 광학 프린팅에 사용 가능하게 만들었다.
이 공정을 통해 제작된 2D, 3D 구조체는 높은 해상도와 균일도를 보였다.
손 교수는 "이 기술은 상대적으로 저렴한 비용과 단순한 공정을 통해 2차원과 3차원 구조체 제작을 구현할 수 있는 기술"이라고 설명했다.
이 교수는 "기존 프린팅 소재의 한계를 넘어 다양한 무기물 소재를 프린팅 공정에 직접 접목할 수 있는 중요한 기술"이라고 말했다.
이번 연구의 공동 제1저자로 참여한 백성헌 신소재공학과 석·박사통합과정 연구원은 "다양한 기능성 소재에 따라 반도체 소자나 광전자 소자 등에도 응용이 가능할 것"이라고 기대했다.
또, 정상균 에너지화학공학과 석·박사통합과정 연구원은 "모양과 크기에 제약을 받지 않기 때문에 다양한 분야에 자유롭게 응용할 수 있다"고 덧붙였다.
한편, 이 연구는 한국연구재단 등의 지원 사업을 통해 수행됐으며 세계적 과학저널인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 7일 온라인 게재됐다(논문명: Generalised optical printing of photocurable metal chalcogenides).
