울산과학기술원(UNIST)은 물리학과 박경덕 교수 연구팀이 독자적으로 개발한 나노 현미경을 이용해 2차원 반도체 나노주름의 제어와 관찰에 성공했다고 밝혔다.

이 기술로 2차원 반도체의 결함으로 여겨지던 나노주름이 발광 소자 제작에 유리한 특성이 있다는 점이 실험적으로 입증돼 종이처럼 얇고 굽혀지는 디스플레이 등 차세대 전자 소자 개발에 기여할 전망이다.

22일 연구팀에 따르면 2차원 반도체 물질은 두께가 원자 수준으로 얇아 제조 과정에서 수십 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 수준의 주름이 불가피하게 생기는데, 이 주름은 반도체 물질의 기계적·전기적·광학적 균일성을 해치는 요소로 꼽힌다.

주름의 크기가 작아 기존 분광 기술로는 정확한 특성 분석이 불가능하고, 특성을 부분적으로 정밀하게 제어할 수 있는 기술이 없어 2차원 반도체 상용화가 더딘 상황이다.

연구팀은 '능동형 탐침 증강 광 발광 나노 현미경' 기술을 독자 개발해 이 문제를 해결했다.

▲ UNIST 박경덕 교수 연구팀.

이 나노 현미경은 나노주름의 구조적·광학적 특성 등을 15㎚ 수준으로 쪼개 정밀 분석할 수 있고, 그 특성을 자유롭게 조절할 수 있다.

나노 현미경은 금 탐침으로 주름을 미세하게 눌러가며 관찰하는 방식으로 작동된다.

탐침은 나노주름에서 나오는 약한 발광 신호를 증폭시킬 뿐만 아니라 주름 모양을 정밀하게 바꿀 수 있는데, 주름 모양이 바뀌면 연관된 각종 물리적 특성이 변하게 된다.

연구팀은 이 기술로 '빛 입자'로 불리는 엑시톤이 이셀레늄화텅스텐의 나노주름으로 모여드는 '엑시톤 깔때기' 현상을 규명했다.

빛 입자가 주름으로 몰리는 나노주름의 발광 특성이 오히려 주름이 없는 상태보다 우수하다는 사실을 실험적으로 입증한 것이라고 연구팀은 설명했다.

박경덕 교수는 "이번 연구는 물질의 구조적·광학적 특성을 3차원 공간에서 초고분해능으로 분석하는 동시에, 원자현미경 기술을 접목해 물질의 기계적 특성과 전기적·광학적 특성을 실시간으로 제어하는 4차원 복합 현미경을 개발한 것"이라며 "나노 현미경의 새로운 패러다임을 제시했다"고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)에 11일 자로 온라인 공개됐으며, 겉표지 논문으로 선정돼 정식 출판 예정이다.

나노 현미경에 대한 원천 기술은 특허 출원됐다.

<연합>

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