우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 ‘거품’의 구조를 이용한 패터닝 기법이 개발됐다. 반도체, 플랙시블 액정 등에 사용되는 기판에 필요한 미세한 패턴을 쉽고 값싸게 만들 수 있게 됐다.

김태성 유니스트(UNIST) 기계항공 및 원자력공학부 교수팀은 ‘액체 거품의 구조를 제어하는 기법’을 개발해 나노 패턴을 대면적으로 새기는 방법을 제안했다. 기존에 많이 사용되고 있는 전자빔 또는 포토 리소그래피(집적회로를 제작할 때 실리콘칩 표면에 만들고자 하는 패턴을 가진 수지를 고정한 후 화학 처리나 확산 처리하는 것)기술로는 제작하기 어려운 웨어러블 장치 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.

현재 패터닝에서 가장 많이 쓰이는 전자빔 또는 포토 리소그래피 기술은 원하는 패터닝을 정확한 위치에 할 수 있다. 다만 오래 걸리는 공정 과정과 고가의 장비 이용으로 인한 높은 단가가 문제였다. 이런 단점을 극복하기 위해 현재 액체를 이용한 다양한 패터닝 기술이 연구 중이다. 액체 제어 등 다양한 변수들로 패터닝 기술에서 중요한 정확도를 높이는 것이 관건이었다.

김 교수팀은 자연계에서 흔히 볼 수 있는 거품의 구조에서 실마리를 찾았다. 미세유체장치를 통해 전례에 없는 시스템을 만들었다. 기판에 필요한 물질을 섞은 액체를 미세유체장치를 통해 자연 증발시켜 규칙적으로 연결된 2차원 패턴을 손쉽게 만든 것이다.

이번 연구 논문의 제1저자인 배주열 유니스트 기계공학과 박사과정 연구원은 “거품으로 만든 나노 필름 구조가 증발하는 과정에서 물질을 주조하는 틀이 된다”고 설명했다.

김 교수는 “전통적 리소그래피(lithography) 기법과 달리 유연한 기판 위에서도 대면적으로 미세한 패턴을 그려 넣을 수 있는 장점이 있는 기술”이라며 “쉽고 저렴하게 몇 분 만에 나노입자나 유기물을 포함한 다양한 물질의 나노 패턴을 만들 수 있어 미래형 기기 제작에 유용할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 네이처(Nature) 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 7월 19일자 온라인판(논문명: Controlled open-cell two-dimensional liquid foam generation for micro- and nanoscale patterning of materials)에 실렸다.