종이 위 ‘반짝반짝’ 초소형 반도체 레이저

▲ 조용훈 교수, 김세정 박사.

KAIST 조용훈 교수 연구팀, 저렴하게 최첨단 반도체 구현 가능

KAIST(한국과학기술원)는 조용훈 물리학과 교수 연구팀이 종이 위에서 작동하는 초소형 반도체 레이저를 개발했다고 24일 밝혔다.

이 기술은 나노 크기의 광결정 소자를 흡수성이 높은 종이와 결합해 최첨단 반도체 센서를 저렴한 가격 구현할 수 있을 것으로 기대된다.

매개체로 빛을 사용하는 광소자는 높은 대역폭을 갖는다.

따라서 대용량으로 정보 전송이 가능하고 낮은 전력으로 구동도 가능하다.

보통 반도체 광소자는 직접적으로 기능을 수행하는 부분 외에 단순 지탱을 위한 반도체 기판이 필요하다.

기존 반도체 기판은 전체 소자 부피를 대부분 차지하고 자연적으로 부패하지 않아 소자를 폐기 시 환경 문제가 존재했다.

이에 연구팀은 두꺼운 반도체 기판을 제거하고 ‘종이’를 광소자의 기판으로 사용했다.

종이의 주원료는 나무는 자연적으로 썩어 없어질 수 있으며, 가격이 저렴해 종이를 이용한 소자는 가격을 낮출 수 있다.

또 자유자재로 구부릴 수 있고 접었다 펴는 것도 가능하다.

연구팀은 반도체 광소자를 종이 위에 옮기고자 나노 광소자를 마이크로 스탬프로 떼어 내는 기술을 사용했다.

반도체 기판에 높은 집적도로 특정 부분을 깎아내는 식각 과정을 통해 회로를 새겨 넣는 절차(패터닝)를 거쳐 나노 광소자를 새로운 종이 기판에 원하는 간격으로 재배했다.

이번에 종이 위에 결합한 광소자는 폭 0.5㎛(마이크로미터), 길이 6㎛, 높이 0.3㎛ 크기로 머리카락 두께의 약 100분의 1 수준이다.

연구팀은 개발한 광소자를 유체 채널(Fluid channel)이 형성된 종이 위에 결합해 굴절률 센서로도 활용이 가능한 것을 확인했다.

조 교수는 “이 기술은 종이를 광소자의 기판으로 사용해 최근 화두인 친환경 광소자 플랫폼을 만드는데 크게 기여할 수 있다”며 “저렴한 종이와 고성능 광결정 센서를 결합해 전체 소자의 단가는 낮추면서 성능은 뛰어난 적정기술로 활용할 수 있다”고 말했다.

이 연구 결과는 지난 17일 소재 분야 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 실렸다. 최소망 기자 somangchoi@

▲ 종이 기판 위 광결정 레이저 모식도,