초음파 에너지를 이용, 상온과 상압에서 짧은 반응시간에 기판위에 고집적 나노 전자 소재를 구현할 수 있는 신 공정 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 화제가 되고 있다.

과학기술부의 21세기 프론티어연구개발사업의 일환인 테라급나노소자개발 사업단의 과제를 수행중인 경북대학교 정수환 교수팀은 “초음파화학을 이용, 상온ㆍ상압에서 산화아연(ZnO) 나노막대의 수직 성장 및 위치제어 기술을 개발했다”고 15일 밝혔다.

산화물 반도체인 산화아연 나노막대는 밴드갭(전자가 지닐 수 있는 에너지 대역 차)이 매우 크며 테라급의 전계 효과 트랜지스터(FET), 대기오염물질 모니터링 센서, 태양전지용 전극, UV 발광소자, 전계방출 디스플레이의 팁 등 나노기술 전반에 활용이 가능, 막대한 파급효과를 창출할 수 있는 신소재로 알려져 있다.

기존의 산화아연 나노막대 합성 공정은 기상합성의 경우 고온의 반응 조건이 필요, 기판의 선택에 제약이 있으며 액상합성은 수시간 이상의 긴 합성시간이 극복돼야 할 문제점으로 지적됐고 두 공정 모두 위치제어가 불가능했다.

이에 정 교수팀은 초음파화학 기법과 액체에 초음파를 조사할 때 발생하는 공동효과를 이용, 상온ㆍ상압 상태에서 약 1시간 정도의 짧은 합성시간 내에 기판위에 고밀도의 산화아연 나노막대를 기판의 제약 없이 대면적으로 성장시킬 수 있었다.

또 복잡한 장비 및 합성과정을 거치지 않으면서도 고집적도의 수직 배향된 나노 구조물을 기판의 원하는 위치에서만 선택적으로 성장시킬 수 있었다.

정 교수는 “신소재 재료기술 확보로 나노전자소재 개발뿐만 아니라 다양한 나노소재분야에 파급효과가 클 것”이라며 “초음파 화학을 이용한 전자재료 합성분야 및 소자로의 응용기술 분야에서 기술적 우위와 리더십을 확보하는 전기를 마련했다”고 말했다.

현재 전 세계 나노기술 시장의 대부분을 차지하고 있는 나노소재 시장은 2008년에는 214억 달러로 증가하고 2020년까지 연평균 33%의 고도성장을 이룰 것으로 전망되고 있으며 산화아연 나노로드가 다양한 응용 분야가 있음을 고려할 때 나노소재로서의 경제적 파급효과 또한 막대할 것으로 예상하고 있다.

이번에 개발한 초음파 조사를 통한 산화아연 나노막대 수직 합성 연구결과는 재료분야에서 세계 최고의 권위를 자랑하는 독일 재료학회지 2월 8일자 온라인판에 게재돼 기술의 우수성을 인정받았고 재료 및 화학 분야에서 미국화학회(ACS) 및 미국재료학회(MRS)에 소개돼 큰 주목을 받았으며 현재 이 기술과 관련, 2건의 국내 및 미국 특허를 출원 중이다.