초소형 회로제작에 쓰이는 '나노와이어' 배치·정렬 기술 개발

2019.07.30 15:53
 최원준(오른쪽) 한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 책임연구원과 백정민(왼쪽) 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수, 김명화(가운데) 이화여대 나노과학과 교수 공동연구팀이 단결정 이산화바나듐 나노와이어 배치∙정렬 공정기술을 개발했다. KIST 제공
최원준(오른쪽) 한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 책임연구원과 백정민(왼쪽) 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수, 김명화(가운데) 이화여대 나노과학과 교수 공동연구팀이 단결정 이산화바나듐 나노와이어 배치∙정렬 공정기술을 개발했다. KIST 제공

나노와이어는 단면 지름이 나노미터 정도의 극미세선을 갖는 물질이다. 전기적으로 뛰어난 특성을 가지고 있으며 표면적이 넓혀 태양전지나 센서에 사용할 경우 높은 효율을 가진다. 또 초소형 회로 제작에도 쓰이며 최근에는 에너지 변환, 가스∙바이오 센서와 같은 분야에도 나노와이어가 사용되고 있다.


하지만 아직까지 상용화는 진행되지 못했다. 나노미터 수준의 회로를 제작하기 위해 필요한 나노와이어 배치∙정렬 기술수준이 부족하기 때문이다. 이런 가운데 국내 연구팀이 밀리미터 길이의 나노와이어를 정렬시키는 기술 개발에 성공했다.


한국과학기술연구원(KIST)은 최원준 광전소재연구단 책임연구원과 백정민 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수, 김명화 이화여대 나노과학과 교수 공동연구팀이 단결정 이산화바나듐 나노와이어 배치∙정렬 공정기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 


연구팀은 나노와이어 배치∙정렬의 기술적 한계를 극복하기 위해 나노물질을 녹이면 분리되는 액체방울에 주목했다. 특정 패턴을 갖는 표면 위에서 오산화바나듐과 같은 나노물질을 녹이면 액체 방울들이 분리된다. 이때 액체방울들은 특정 방향으로 스스로 정렬되는 현상이 일어난다.

 
연구팀은 이 현상을 ‘방향성 오스트왈드 라이프닝’이라고 이름 짓고 “크기가 큰 입자의 에너지 상태가 크기가 작은 입자보다 낮아 크기가 작은 입자들이 액체상태로 녹아들어가는 반면 큰 입자들은 점점 더 크기가 성장한다”고 현상을 설명했다. 


이 현상을 이용해 연구팀은 균일하고 정렬된 밀리미터 크기의 단결정 이산화바나듐 나노와이어를 개발했다. V자 모양으로 파인 표면에 700도씨의 온도를 가해 오산화바나듐을 녹인 후 방향성 오스트왈드 라이프닝 현상에 따라 액체방울이 특정 방향으로 표면에 스스로 정렬하게 된다는 것이 연구팀의 설명이다. 


최 연구원은 “이번 연구를 통해 이제까지 알기 어려웠던 산화바나듐 단결정 생성에 대한 이해를 높였다”며 “다양한 종류의 단결정 산화바나듐 나노와이어를 이용한 웨어러블 복합센서 제작에 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노 레터스’ 지난 6월 7일자에 발표됐다.
 

이산화바나듐 나노와이어 어레이 성장과정 모식도 및 주사전사현미경 이미지를 나타냈다. KIST 제공
이산화바나듐 나노와이어 어레이 성장과정 모식도 및 주사전사현미경 이미지를 나타냈다. KIST 제공

 

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