UNIST 손재성·이지석 교수팀이 빛을 받으면 굳는(광경화성) '금속 칼코게나이드 잉크'와 이를 활용한 광학인쇄공정을 개발했다.
금속 칼코게나이드는 발광 특성, 전기적 특성 등을 가져 다양한 소자에서 중추적인 역할을 할 수 있는 무기물인데, 이를 쉽게 패턴화 할 수 있는 길이 열린 것이다.
연구진은 이 기술을 이용해 2차원(2D), 3차원(3D) 구조체와 '마이크로 열전 소자' 제작도 성공해 기존 공정을 대체할 '무기물 소재의 패턴화 기술'로서 가능성을 입증했다.
기존 소재 패터닝은 빛으로 소재를 깎아내는 포토리소그래피(Photo-lithography)나 레이저 및 전자빔(e-beam)으로 회로를 새기는 기술이 활용됐다.
그런데 이런 공정은 비싸고 복잡하며 처리 시간도 길다.
대안으로 빛을 이용해 소재를 쌓아올리는 '광학 3D 프린팅 기술'이 나왔지만, 대부분 광경화성 고분자(유기물)가 포함돼 소재의 특성을 저하한다는 문제가 있었다.
이런 문제를 해결하기 위해 연구팀은 고분자를 포함하지 않는 '광경화성 무기물 잉크'를 합성하고, 디지털 광 처리(Digital light processing, DLP) 인쇄 공정에 접목해 '무기물 소재 광학 프린팅 기술'을 개발했다.
다양한 무기물 소재 중 최근 반도체 소재로서 각광 받는 금속 칼코게나이드(Metal chalcogenide) 및 2차원 전이금속 다이칼코게나이드(2D Transition metal dichalcogenide) 소재를 활용했다.
손재성 UNIST 신소재공학과 교수는 "광학 프린팅 기술은 고해상도 패턴을 균일하게 대면적으로 제작할 수 있다"며 "상대적으로 저비용 단순 공정을 통해 2차원 및 3차원 구조체 제작을 구현할 수 있는 기술"이라고 설명했다.
김지혁기자 uskjh@ulsanpress.net