연구팀은 나노와이어 전사(transfer) 기술을 통해 기존 화학 반응 기반 나노와이어 제작 기술의 낮은 응용성과 생산성을 개선했다.

대표적 나노 물질인 나노와이어는 작고 가벼울 뿐만 아니라 우수한 물리적·화학적 특성으로 소형·유연 소자에 사용될 수 있다.

기존 나노와이어 전자 소자 제작은 화학적 합성법으로 제조된 나노와이어를 용액에 섞어 유연 기판에 무작위로 뿌리는 방식을 활용했다. 이 방식을 사용하면 제작된 전자 소자들의 특성이 다르다는 문제점이 있었다.

이 문제를 화학적 표면 처리를 이용한 나노와이어 전사 공정으로 유연 기판 위 정렬된 나노와이어를 균일하게 제작해 해결할 수 있다. 하지만 이 기술은 화학적인 접촉력이 조절 가능한 일부 나노와이어만 제작 가능하다는 점에서 사용 범위가 제한적이었다.

이에 연구팀은 기계식 접촉력 조절 원리를 활용하는 새로운 나노와이어 전사 기술을 개발했다.

이 기술은 전사의 모체(master mold)가 되는 나노그레이팅 기판(nanograting substrate)에 나노희생 층(nanosacrificial layer)과 나노와이어를 순차적으로 형성한 후, 나노희생 층을 건식 식각 공정을 통해 구조적으로 약하게 만든다.

나노희생 층은 나노와이어와 모체를 약하게 연결하고 있기 때문에 유연 기판이 되는 재료로 마치 테이프를 이용해 바닥의 먼지를 떼어내듯 나노와이어를 쉽게 모체에서 유연 기판으로 옮길 수 있다.

이 기술은 일반적인 물리적 증착법을 기반으로 제작되고, 재료 의존성이 낮다. 따라서 손쉽게 나노와이어를 유연 기판에 제작할 수 있다.

연구팀은 개발한 기술을 이용해 금, 백금, 구리 등 다양한 금속 나노와이어와 결정화된 금속 산화물을 유연 기판 위에 완벽하게 정렬해 제작했다. 또한, 이를 유연 히터와 가스 센서 소자에 접목해 실생활 적용 가능성도 제시했다. 

서민호 박사는 "우수한 물성의 다양한 금속, 반도체 나노와이어를 웨이퍼 수준으로 완벽 정렬해 유연 기판에 옮기고 이를 소자 제작에 응용했다"며 "다양한 나노와이어 재료의 유연 기판 위 제작을 위한 플랫폼 기술로 고성능 유연 전자 소자의 안정적 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 나노종합기술원 오픈 이노베이션 사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 '에이씨에스 나노(ACS Nano)'에 지난 24일자로 게재됐다.