김소연 교수(우측)와 김동협 연구원(좌측)

[헤럴드경제(울산)=이경길 기자] 반도체나 디스플레이 등에 필요한 나노 패턴을 만드는 새로운 기술이 나왔다.

UNIST(울산과학기술원. 총장 정무영)는 에너지 및 화학공학부의 김소연 교수팀이 고분자 중 하나인 블록 공중합체의 박막 내 ‘흡착층(adsorbed layer)’을 조절해, 복잡한 나노 패턴을 대면적으로 제조하는 방법을 개발했다고 18일 밝혔다.

블록 공중합체란 서로 다른 고분자가 하나의 고분자 사슬에 화학적으로 연결된 구조를 가진 물질인데, 박막의 경우 다양한 나노 패턴을 새기는 게 가능하다. 이번 연구에서는 블록 공중합체에 자연스럽게 생기는 ‘흡착층’에 변화를 줘 나노 패턴을 더욱 정교하게 만들어냈다.

김소연 교수팀은 새로운 블록 공중합체 자기조립 시스템을 구현해 기존보다 정밀하고 복잡한 나노 패터닝에 성공했다. 블록 공중합체 박막 기판 바로 위에 수 나노미터 두께로 형성되는 ‘흡착층’을 ‘물·공기 계면에서 자기조립된 블록 공중합체’로 바꾸는 방법이다. 흡착층은 블록 공중합체로 나노 패터닝을 할 때 고분자와 기판 사이에 형성되는 아주 얇고 무질서한 구조의 막을 말한다. 이 얇은 층은 전체 블록 공중합체의 성질을 조절하는 역할을 하는데, 연구진이 이를 다른 형태로 바꾼 것이다.

연구팀은 물·공기 계면에서 자기조립된 블록 공중합체를 기판에 옮겨, 수 나노미터 두께의 흡착층을 만들었다. 그 위에 새로운 블록 공중합체 박막을 만들자 전체 블록 공중합체의 자기조립 현상이 달라졌다. 인위적으로 만들어진 흡착층이 나노 패터닝 과정에 가해지는 열이나 힘을 견딜 수 있을 정도로 안정적으로 변한 것이다. 또 자연적 흡착층의 형성을 막아, 상부의 블록 공중합체 자기조립을 조절했다. 이로써 기존의 나노 패턴보다 더 복잡한 형태의 새로운 나노 패턴을 대면적으로 얻을 수 있었다.

김소연 교수는 “‘물·공기 계면 자기조립 블록 공중합체가 기판에 비가역적으로 흡착한다는 것’을 발견한 것은 최초이며 매우 의미 있는 일”이라며 “비가역적으로 흡착된 계면 자기조립 블록 공중합체는 향후 다양한 계면과학 연구에도 적용이 가능할 것”이라고 기대했다.

이 연구결과는 종합화학(chemistry, multidisciplinary) 분야 세계적 권위지인 ‘ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)’에 9월 10일자로 게재됐다.

연구 지원은 한국연구재단의 나노소재기술개발사업, 중견연구자지원사업, 선도연구센터지원사업 및 글로벌박사양성사업을 통해 이뤄졌으며, 박막의 나노구조 분석에는 포항가속기연구소의 UNIST-PAL 및 U-SAXS 빔라인이 활용됐다.

hmdlee@heraldcorp.com