Advanced Nanopatterning Laboratory
재료공학전공 박운익
Advanced Nanopatterning Laboratory는 재료공학을 기반으로 한 첨단 나노패터닝 및 나노구조 형성 기술을 연구하는 연구실입니다. 본 연구실은 나노전사프린팅(nTP), 유도 자기조립(DSA), 나노임프린트, 레이저 마이크로머시닝 등 다양한 나노패터닝 공정 기술을 융합하여, 차세대 반도체, 에너지, 센서, 바이오 및 광학 소자에 적용 가능한 초고해상도·대면적 나노구조를 개발하고 있습니다.
특히, 나노전사프린팅 기술은 금속, 산화물, 고분자 등 다양한 소재를 10 nm 이하의 해상도로 다양한 기판 위에 직접 전사할 수 있는 혁신적인 공정으로, 기존 리소그래피의 한계를 극복하고 있습니다. 이 기술은 대면적 웨이퍼, 유연 기판, 곡면 등 다양한 응용 환경에 적용 가능하며, 극압 임프린트, 열보조 공정, 레이저 패터닝 등과 결합하여 복합적이고 정교한 3차원·다공성·하이브리드 구조체 제작이 가능합니다.
또한, 블록공중합체 기반의 유도 자기조립 기술을 통해, 분자 수준의 자기조립 현상을 정밀하게 제어하여, 초미세 나노패턴을 신속하게 형성하고 있습니다. 혼합 용매, 담금 어닐링, 표면 개질 등 다양한 공정 변수 최적화를 통해, 결함이 적고 균일한 나노구조를 대면적으로 구현하며, 이를 기반으로 저전력 메모리, 에너지 하베스터, 차세대 센서 등 다양한 소자 응용 연구도 활발히 진행 중입니다.
연구실은 최근 리튬이온 배터리, 페로브스카이트 태양전지, 플렉서블 전자소자, 자가발전 IoT 센서 등 실용적이고 산업적 파급력이 큰 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 다양한 특허와 논문, 산학협력 프로젝트를 통해 국내외 학계 및 산업계와 활발히 교류하고 있으며, 첨단 나노소재·부품 원천기술 개발에 앞장서고 있습니다.
이처럼 Advanced Nanopatterning Laboratory는 나노구조 형성의 새로운 패러다임을 제시하며, 미래 반도체 및 첨단 소재·소자 산업의 혁신을 선도하는 연구실로 자리매김하고 있습니다.
Nanotransfer Printing
Imprint Lithography
Surface Patterning
나노전사프린팅(Nanotransfer Printing, nTP)
나노전사프린팅(nTP)은 고해상도의 금속 패턴을 다양한 기판 위에 직접적으로 전사하는 첨단 나노패터닝 기술입니다. 이 기술은 표면화학의 원리를 활용하여, 화학적으로 개질된 표면이 전사 과정에서 '릴리즈' 또는 '접착' 층으로 작용하여, 실리콘이나 PDMS와 같은 스탬프에서 금속 잉크를 나노 구조로 전사할 수 있게 합니다. 전통적인 고무 도장 방식과 유사하게, 나노 구조가 새겨진 스탬프를 다양한 표면에 금속 잉크로 전사함으로써, 100 nm 이하의 초고해상도 패턴을 구현할 수 있습니다.
nTP는 전자소자, 화학 센서, 스핀트로닉스, 플라즈모닉스 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 특히, 8인치 웨이퍼와 같은 대면적 기판에도 균일하게 적용할 수 있는 확장성이 뛰어나며, 열보조 방식, 극압 임프린트 등 다양한 공정과 결합하여 복잡한 3차원 구조 및 다공성 패턴, 하이브리드 구조체의 제작이 가능합니다. 최근에는 레이저 마이크로머시닝과 결합하여 나노-마이크로-밀리미터 스케일의 멀티스케일 패턴 형성도 연구되고 있습니다.
이러한 나노전사프린팅 기술은 기존의 리소그래피 공정에 비해 비용과 공정 복잡도를 크게 줄이면서도, 다양한 소재와 기판에 적용할 수 있는 유연성을 제공합니다. 앞으로 차세대 반도체, 에너지 소자, 바이오센서 등 다양한 첨단 산업 분야에서 핵심적인 나노패터닝 솔루션으로 자리매김할 것으로 기대됩니다.
유도 자기조립(Directed Self-Assembly, DSA) 기반 블록공중합체 나노패터닝
유도 자기조립(DSA)은 블록공중합체(BCP)의 상분리 특성을 활용하여, 10 nm 이하의 초미세 나노구조를 정밀하게 제어하는 차세대 리소그래피 기술입니다. DSA는 기존의 탑다운(Top-down) 리소그래피와 바텀업(Bottom-up) 자기조립을 결합하여, 분자 수준의 화학적 특성과 리소그래피 기반의 위치 제어를 동시에 달성할 수 있습니다. 템플릿 기반의 유도 자기조립은 블록공중합체의 분자 길이에 따라 형상과 주기가 결정되며, 템플릿의 패턴이 자기조립을 유도하여 원하는 위치에 나노구조를 정렬할 수 있습니다.
본 연구실에서는 다양한 블록공중합체와 혼합 용매, 담금 어닐링, 표면 개질 등 다양한 공정 변수를 활용하여, 신속하고 결함이 적은 나노패턴 형성을 실현하고 있습니다. 예를 들어, PS-b-PDMS와 같은 고상호인력계수(χ)를 갖는 BCP를 이용해 1분 이내에 10 nm 이하의 패턴을 대면적으로 구현하거나, 이종 BCP 블렌드를 이용해 기존 단일 BCP로는 구현할 수 없는 복합 하이브리드 구조(닷-인-홀, 더블닷 등)를 제작하고 있습니다. 또한, 자기조립된 나노구조를 기반으로 한 저전력 상변화 메모리, 저항 변화 메모리, 멤리스터 등 차세대 메모리 소자 응용도 활발히 진행 중입니다.
DSA 기반 나노패터닝 기술은 반도체, 데이터 저장장치, 에너지 소자, 바이오센서 등 다양한 분야에서 초고집적, 초고해상도, 저비용 나노구조 구현을 가능하게 하며, 미래 나노전자공학의 핵심 원천기술로 주목받고 있습니다.
1
Thermally assisted nanotransfer printing with sub–20-nm resolution and 8-inch wafer scalability
Tae Wan Park†, Myunghwan Byun†, Hyunsung Jung, Gyu Rac Lee, Jae Hong Park, Hyun-Ik Jang, Jung Woo Lee, Se Hun Kwon, Seungbum Hong, Jong-Heun Lee, Yeon Sik Jung**\***, Kwang Ho Kim**\***, Woon Ik Park\***
Science Advances, 2020
2
Individual Confinement of Block Copolymer Microdomains in Nanoscale Crossbar Templates
Woon Ik Park†, Yun Kyung Jung†, YongJoo Kim, Weon Ho Shin, Young Joong Choi, Tae Wan Park, Jung Ho Shin, Young Hun Jeong, Jeong Ho Cho, Hyo‐Soon Shin, Se‐Hun Kwon, Yeon Sik Jung*, Kwang Ho Kim*
Advanced Functional Materials, 2019
3
Deep-Nanoscale Pattern Engineering by Immersion-Induced Self-Assembly
Woon Ik Park†, Jong Min Kim, Jae Won Jeong, Yeon Sik Jung*
ACS Nano, 2014
1
대면적 하이브리드 금속/세라믹 소재 비진공 저온 나노패터닝 기술 개발
2
고효율 수소생산 광전극용 고반응성 나노패턴 대면적 전극제조 기술 개발
3
반응압출 블렌딩 기술을 이용한 리사이클링이 가능한 고성능 실리콘계 열가소성 탄성소재 개발
