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●나노 기술(Nano technology)이란
나노 기술(NT)은 10억분의 1m인 nm(나노미터)크기의 구조를 갖는 나노 구조물(Nano structure)을 만드는 첨단 기술을 말한다. 나노 구조물은 우리가 사용해온 기존 물질과 달리 표면의 비율이 늘어나고 양자 구속 효과 등으로 인해 새로운 특성이 나타난다. 이런 특성을 이용해 새로운 기술을 창출할 수 있다. 나노 기술을 구현하기 위해서는 나노 구조물을 만드는 기술과 나노 구조물을 보는 기술 그리고 나노 구조물의 특성을 측정하는 기술이 필요하다.
●나노 구조물(Nano structure)을 보는 방법
물체를 인식하는 방법에는 빛과 같은 파동을 통해 '보는 것'과 접촉을 통해 '만지는 것'이 있다. 이 중 나노 구조물을 파동을 통해 보려면 파동이 나노 크기보다 작은 파장을 갖고 있어야 한다. 빛의 파장은 0.3~0.8㎛이기 때문에 가시광을 통해 나노 크기를 볼 수는 없다. 전자는 속도가 빨라지면 파장의 성질을 갖는다. 이를 이용해 나노 구조물을 보는 것이 가능하다. 전자의 이런 성질을 이용한 것이 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)이다. SEM은 전자가 원자와 부딪혀 튀어나오는 것을 이용하여 보는 것이고, TEM은 전자가 얇은 원자막을 통과해서 나가는 것을 이용하는 것이다. 이와 달리 나노 구조물을 만지는 것으로 형태를 알아내는 경우에는 원자힘현미경(AFM)과 주사터널현미경(STM)이 있다. AFM은 가까이 있는 원자끼리 작용하는 힘을 이용하며, STM은 가까운 거리에서 전자가 진공을 통해 흐르는 터널링을 이용하게 된다. 이 중 원자를 볼 수 있는 것은 투과전자현미경과 주사터널현미경이며, 이를 통해 2차원적인 원자의 이미지를 얻을 수 있다.
●나노 구조물을 만드는 방법
나노 구조물을 만드는 방법은 조각을 하듯이 깎거나 틀에 물질을 채워서 만드는 하향식(top-down) 기술과 필요한 구조를 합성을 통해 만들어내는 상향식(bottom-up) 기술이 있다. 이 중 하향식 기술은 기존 반도체 공정에서 사용하는 방식으로 규격에 맞춰진 소자의 대량생산이 가능한 장점이 있으나, 나노 크기에서의 공정이 힘들다는 단점이 있다. 상향식 기술은 새로 연구되는 분야이다. 생물학적 화학적으로 구조를 만들기 때문에 대량생산이 가능하지만, 만들어진 것을 배열하기 힘들다. 또 기존의 공정과 어울리지 않는 단점도 있다.
세상의 모든 물질은 원자로 이루어져 있고, '잘' 배열되어 있기 때문에 다양한 나노 구조물을 만들 수 있다는 장점이 있다. 이러한 다양하고 규칙적인 나노 구조물에서 생기는 특성은 연구가 계속되어야 할 분야이다.
나노 구조물을 만드는 방법은 대부분 나노 구조물을 보는 방법을 이용한 것이다. 앞에서 언급한 SEM을 이용한 전자선노광법, AFM과 AFM을 응용한 묘화장비 등이 있다. 또 TEM을 통해 AIPEL이란 나노구조물을 형성하는 최초의 기술이 개발됐다. 이는 잘 정렬된 원자배열을 이용하여 다시 우리가 원하는 나노미터의 세계에서 동일한 배열을 만들어내는 양자점형성 기술이다.
●연구결과와 미래의 비전은
필자가 속해 있는 테라급나노소자 사업단은 원자이미지를 이용해 나노 구조물을 형성하는 나노 기술을 수립하였다. 이 기술은 나노 구조를 갖는 원자를 이용해 다른 나노 구조물을 만드는 것이다. 따라서 만들고자 하는 형상을 따로 만들 필요가 없다. 한 번에 넓은 영역에서 규칙적인 형상을 만들 수 있다. 이를 이용하여 나노 크기의 특성을 갖는 소자를 제작할 수 있었다.
현재 나노 구조물을 만드는 방법은 실제 공정에 사용되기에는 부족한 단계이다. 본 연구도 계속하여 발전시킨다면 나노 구조물을 만드는 하나의 대안으로 자리매김할 수 있을 것이다.
주최 : 국제신문 과학기술부 한국과학재단 부산과학기술협의회
시간 : 매주 금요일 오후 7시, 장소 : 부산역 대회의실, 무료 입장
김기범 서울대 재료공학부 교수
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