나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 창춘(長春) 광학 정밀기계 및 물리 연구소 산하 "광자(光子) 실험실" 양졘쥔(楊建軍) 연구원 연구팀은 최근 산시(山西) 창즈(長治) 대학 연구팀, 미국 로체스터대학교(University of Rochester) 연구팀과 공동 연구를 실행하고, 새로운 방식인 "펨토 초 레이저 플라즈마 리소그래피(Femtosecond laser plasma lithography, FPL)" 기술을 개발하는데 성공함.

그래핀이 최초로 발견된 이래 "2차원 소재"는 점차 과학자들의 관심을 받기 시작하였으며 소재 분야 연구 이슈로 부상하였만 "어떻게 하면 소재 자체 성능을 향상시키고 물리화학 특성을 확장시킬 것인가"라는 물음은 그래핀의 응용을 구현하는 데 중요한 이슈임.

자가 조립을 통해 전자빔 에칭과 극(極) 자외선 리소그래피 등의 기술을 통해 그래핀에서 마이크로 나노 구조를 개발하여 밴드 갭, 흡수, 캐리어 이동 비율을 조정 제어할 수 있는 것으로 나타났지만 이런 방법은 소요 시간이 길고, 원가가 높으며, 범용성이 부족한 문제점을 가지고 있기 때문에 "어떻게 하면 원가를 낮추고 효율적으로 마이크로 나노 구조를 가진 그래핀을 제조할 것인가"라는 점은 현재 해결해야 할 중요한 과제임.

펨토초 레이저 가공 기술은 초고(超高) 피크 파워와 초단(超短) 펄스 시간을 가지고 있는 독특한 특성 때문에 다양한 소재의 초미세 마이크로 나노 가공 분야에 폭넓게 응용되고 있음. 레이저로 직접 쓰기를 예로 들면, 정밀도는 매우 높지만 초미세 마이크로 나노 제조 분야에서 효율성이 높지 않아, 가공 정밀도와 가공 효율성을 동시에 확보하는 것은 동 기술이 해결해야 할 주요 과제임. "어떻게 하면 효율적이고 간편한 가공 수단을 이용하여 가공 정밀도와 가공 효율성 문제를 해결할 것인가"라는 점은 펨토 초 레이저 실용화를 확장하는데 있어서의 관건이 되고 있는 상황임.

연구팀은 이번 연구를 통해 최초로 FPL 기술이 2차원 필름 소재 상에서 대 면적 고품질의 서브 마이크론 사이클 구조(사이클은 약 680나노에 달하고 폭은 약 400나노에 달함)(rGO-LIPSS)에 대한 신속한 제조를 실현할 수 있다는 점을 입증함.

뿐만 아니라 펨토 초 레이저의 비선형 광학 특징에 의해 FPL 기술 가공 과정은 소재 표면 결함, 불순물 등 요소의 영향을 쉽게 받지 않으며, 가공 기판도 소재 종류의 제한을 쉽게 받지 않는다는 점을 입증하였음.

본 연구 성과는 ‘Light : Science & Applications’ ("High-speed femtosecond laser plasmonic lithography and reduction of graphene oxide for anisotropic photoresponse")지에 게재됨.