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보도자료

(연구성과) 자외선 영역도 제어 가능한 광학 소자 프린팅 공정 개발
작성자 김정호
등록일 2023.04.05
조회수 474

자외선 영역도 제어 가능한 광학 소자 프린팅 공정 개발

- 메타표면 프린팅으로 차세대 광소자 실용 제작 기술 선도 -

 

□ 국내 연구진이 가시광선은 물론 자외선 영역까지 빛 제어가 가능한 메타표면*을 가공하는 저비용·고효율 프린팅 공정개발하여 반도체 산업 등 첨단산업의 초격차 경쟁력 강화에 기여하였다.

* 메타표면 : 1마이크로미터(um) 이내의 얇은 두께로 특정 빛을 자유자재로 제어할 수 있는 차세대 광소자. 매우 얇아 평면광소자로도 정의된다.

 

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 노준석 교수(포항공과대학교)와 이헌 교수(고려대학교) 공동연구팀이 수 십 나노미터 해상도의 메타표면을 고굴절 재료를 이용하여 도장을 찍듯이 간단히 프린팅하는 가공 기술을 개발했다고 밝혔다.

 

메타표면빛의 파장보다 작은 구조체를 주기적으로 배열한 인공물질로 원하는 파장의 빛을 자유롭게 제어할 수 있으며, 매우 얇고 가벼워 기존 광소자를 대체할 차세대 광소자로 주목받고 있다.

 

○ 하지만, 가시광선에서 심자외선* 영역으로 갈수록 빛의 파장이 짧아지기 때문에 메타표면 구조체 제작을 위해서는 초정밀 공정 기술이 요구된다. 기존의 극자외선 리소그래피 공정은 비용이 천문학적이며, 고해상도의 전자빔리소그래피 공정은 속도가 매우 려 메타표면 실용화에 어려움이 있었다.

* 심자외선(Deep UV) : 자외선 영역에서도 248 nm 파장의 매우 짧은 파장을 가지는 빛으로 심자외선을 이용하는 고해상도 리소그래피 양산 기술이 활발히 연구되고 있다.

 

□ 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 먼저 지르코니아(ZrO2)* 나노입자가 첨가된 고굴절 레진을 개발하였다. 더불어 정밀한 전자기학 설계기술로 고성능 자외선 메타표면을 설계하고, 나노임프린트(NIL)* 공정을 이용해 메타표면을 구현하였다.

* 지르코니아 : 내구성과 화학적 안정성이 높으며, 인체에 무해하여 인공 치아 등 생체용 세라믹재료로 주로 쓰인다. 또한, 광학적으로 높은 굴절률을 가져 가시광 영역에서 작동하는 광학 소자 재료로도 사용된다.

* 나노임프린트: 스탬프를 이용해 나노소자 패턴을 웨이퍼나 필름 기판에 찍어내는 기술로 간단한 공정으로 첨단 미세회로 제작이 가능

○ 연구팀은 지르코니아 나노입자의 가시광 파장 영역에서 연구되던 활용도를 자외선 영역까지 확장하여 해당 물질의 실용도를 대폭 높였다.

 

○ 해당 공정으로 구현된 메타표면은 실제로 자외선(325 nm) 및 심자외선(248 nm) 파장에서 각각 72.3%48.6%의 높은 빛 제어 효율을 달성하여 고성능 메타표면의 실용적 생산 가능성을 입증하였다.

 

□ 노준석 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 메타표면의 실용적 제작 기술은 제어 가능한 빛의 파장 범위를 확대하고, 프린팅 방식의 른 생산성을 동시에 확보하였다라며, “고성능 메타표면의 저비용 생산을 통해 메타표면 실용화를 앞당기는 교두보가 될 것이라고 설명했다.

 

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 광학분야 국제학술지 : 과학과 응용(Light: Science & Applications)’38일 게재되었다.

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