원자수준으로 뾰족한 양자광학용 나노안테나 개발
원자수준으로 뾰족한 양자광학용 나노안테나 개발
  • 문병도 기자
  • 승인 2020.09.03 02:00
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노준석 포항공대 교수 연구팀
연구진은 ‘도미노’ 놀이에서 영감을 얻어 새로운 방식의 ‘연속 도미노 리소그래피’ 기술을 개발하였고, 이를 통해 기존 전자빔 리소그래피에서 제약받는 해상도를 원자수준으로 뾰족하게 만들어 나비넥타이 형태의 나노안테나를 개발하는 데 성공했다. (그림제공=과기정통부)

[뉴스웍스=문병도 기자] 노준석 포항공대 교수팀이 원자수준 해상도의 나노안테나 및 이를 제작하기 위한 나노공정 기술을 개발했다.

전자와 이온의 물리적인 회절 문제로 인해, 10nm 이하의 나노구조를 정교하고 날카롭게 제작·가공하는 것은 극히 어려운 난제로 여겨지고 있다.

일반 기계가공에서 공구의 크기가 제작물의 크기를 제한하는 이유와 동일하다.

연구진은 이러한 난제를 해결하기 위해 ‘도미노’ 놀이에서 영감을 얻어 새로운 방식의 ‘연속 도미노 리소그래피’ 기술을 개발하였고, 이를 통해 기존 전자빔 리소그래피에서 제약받는 해상도를 원자수준으로 뾰족하게 만들어 나비넥타이 형태의 나노안테나를 개발하는 데 성공했다.

일반적인 나노구조 제작에 사용되는 전자빔 리소그래피 기술을 기반으로, 도미노에서 일어나는 구조의 쓰러짐 현상을 포토레지스트 구조에 의도적으로 접목시켜, 쓰러진 구조의 선과 선이 만나는 곳의 이상적인 뾰족한 부분을 활용, 1nm 이하의 곡률을 갖는 뾰족한 나노구조를 제작한 것이다.

나노안테나는 1nm 이하의 곡률을 갖는 것과 동시에 5nm 정도의 나노갭 공간을 갖고 있으며, 이 미세 공간상의 빛은 5만 배 이상의 세기를 가지며 극한으로 집속된다.

강하게 집속되는 빛을 바탕으로 단분자 수준을 검출할 수 있는 초고민감도 바이오센서를 실험적으로 구현했다. 현재는 양자광학적 특성인 양자 플라즈모닉스 및 강한 결합 현상 등을 관찰할 수 있는 극한 나노 및 양자광학 플랫폼을 마련하여 후속 연구를 진행하고 있다.

극한 광 집속 나노안테나는 이러한 극한 나노광학 연구뿐 만 아니라, 현재 반도체 및 파운드리 산업에서 가장 중요한 이슈 가운데 하나인 단일 나노미터 수준의 해상도를 갖는 나노리소그래피 기술, 그리고 양자 정보 기술을 위한 고효율 단일 광자 소스 등과 같은 새로운 나노공학 분야를 개척할 수 있을 것으로 기대된다.

과기정통부 글로벌프런티어사업, 중견연구자지원사업, RLRC사업, ERC사업, 미래소재디스커버리사업, 글로벌박사펠로우십 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 세계적인 재료공학 분야 학술지인 ‘머티리얼즈 투데이’ 9월 2일 표지논문으로 게재됐고, 나노생산 분야 학술지인 '마이크로 시스템즈 & 나노엔지닝어링‘에 오는 21일 게재 예정이다.

노준석(왼쪽부터) 교수, 김인기 박사 과정, 문정호 박사과정 (사진제공=과기정통부)
노준석(왼쪽부터) 교수, 김인기 박사 과정, 문정호 박사과정 (사진제공=과기정통부)


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