건국대학교는 이상욱 물리학부 교수 연구팀이 미세 진동을 에너지로 변환하는 초고효율 나노 발전 소자를 구현하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.
연구팀은 간단한 나노 소자 제작 공정으로 마이크로 발전 시스템을 나노 전자시스템 회로에 결합할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 수 마이크로미터(㎛) 두께의 산화아연 막대 위에 나노 스케일 고분자 리본을 덮어서 아래로 늘어뜨린 후 이 위에 나노 스케일 전극을 증착했다.
전극이 산화아연 막대부터 기판 아래에 형성된 외부 회로와 전기적으로 연결될 수 있는 방법을 찾았다. 마치 높은 건물 위에 밧줄을 던져서 땅까지 늘어뜨린 상태에서 눈이 오면 눈이 밧줄위에 쌓여서 지면부터 건물 위까지 눈길이 끊어지지 않고 연결될 수 있는 것과 비슷한 원리다.
연구팀은 산화아연 마이크로 막대가 놓여있는 기판 위에 100나노미터(㎚) 두께의 고분자 필름을 덮어씌운 후 강한 전자빔을 가해 중합체 결합을 일으킴으로써 마이크로 막대 위에서부터 아래 기판까지 연결되는 나노리본을 국소적으로 형성했다. 이렇게 제작된 구조 위에 수십㎚ 수준의 금속을 증착하는 것만으로도 산화아연 막대와 기판 아래 회로 사이에 전기적 연결이 안정적으로 이뤄진다는 사실을 확인했다.
기존의 소자 제작 기술로 ㎛ 두께의 소재에 전극을 제작하려면 마이크로 소재의 두께보다 더 두껍게 금속 층을 증착할 수밖에 없기 때문에 공정이 매우 어렵고 전극이 안정적으로 형성되지 않았다.
연구를 주도한 건국대 물리학부 박사과정의 김학성씨는 “마이크로 구조를 이용한 전자소자 제작 연구를 할 때 전극 제작에 사용되는 귀금속의 소비를 줄이고자 간단한 아이디어를 생각했다”며 “분석 결과 소자 특성의 항상성을 안정적으로 유지할 수 있어서 마이크로 및 나노 소자의 전기적 성질의 신뢰도를 크게 향상 시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다”고 말했다.
이상욱 교수는 “이번 연구 결과로 압전체 기반 발전 소자를 미래 나노 전자 시스템의 회로 내에 삽입해 나노 시스템의 전원으로 직접 사용할 수 있는 가능성을 보여준 것이 성과”라고 말했다.
김명희기자 noprint@etnews.com
