700℃에서 열처리한 ‘나노와이어’ 옮기는 기술 개발

▲ 개발된 새로운 나노와이어 전사 공정 과정과 나노희생층 식각 원리의 모식도

나노와이어 이용한 고성능 유연 에너지 수확 소자 개발

KAIST(한국과학기술원)은 윤준보 전기및전자공학부 교수 연구팀이 고온에 열처리된 나노와이어(nanowire) 다발 물질을 유연 기판에 옮기는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 나오와이어를 이용한 고성능의 유연 에너지 수확 소자도 개발했다.

나노와이어는 대표적인 나노물질로, 나노미터(㎚) 단위의 크기를 진 와이어 구조체다.

1차원 구조에 기반해 우수한 물리ㆍ화학적 특성, 높은 응용성이 특징이며, 완벽한 정렬과 배열을 보이는 나노와이어는 그 성능이 더욱 우수하다.

따라서 최근 나노와이어를 손쉽게 제작하고 분석하는 연구가 국제적으로 활발히 진행 중이다.

그 중에서도 물리ㆍ화학적으로 우수한 나노와이어를 유연 기판에 제작하고 고성능 웨어러블 센서 등의 유연 전자소자에 응용하는 연구가 각광을 받고 있다.

하지만 기존에는 화학적 합성법으로 제조된 나노와이어를 용액에 섞어 유연 기판에 도포하는 무작위 분포 방식을 활용해 나노와이어 고성능 소자의 구현에는 한계가 있었다.

최첨단 나노 공정법과 내열성을 갖는 유연 물질을 이용하기도 하지만, 경제적으로 비효율적이고 700℃ 이상의 초고온에서 안정적인 재료를 제작하기에는 부적합해 사용 범위가 제한적이었다.

연구팀은 이를 위해 대면적으로 제작된 실리콘 나노그레이팅(nano-grating) 기판과 나노희생 층(nano-sacrificial layer) 공정을 결합하는 새로운 나노 옮기기(nano-transfer) 기술을 개발했다.

이 기술은 옮기기의 틀(mold)이 되는 나노그레이팅 기판과 나노와이어 사이에 존재하던 나노희생 층이 열처리 이후 나노와이어를 유연 기판으로 옮길 때 없어진다.

연구팀은 개발된 기술을 이용해 700℃ 이상부터 물성이 확보되는 티탄산바륨 나노와이어를 유연 기판 위에 완벽하게 정렬해 제작했다.

또 웨어러블 에너지 수확에 응용해 기존에 보고된 일반적인 티탄산바륨 나노와이어 기반 에너지 수확 소자의 특성을 뛰어넘는 높은 전기적 에너지를 얻었다.

윤준보 교수는 “이 기술은 반도체식 공정인 물리기상 증착법을 기반으로 제작하기 때문에 세라믹, 반도체 등 다양한 물질을 나노와이어의 유연 기판 위 제작에 활용 가능하다”며 “유연 트랜지스터, 열전소자 등 다양한 고성능 유연 전자소자 제작에 활발히 이용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 지난달 30일 나노과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 온라인판에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@