[사이언스칼럼]기능성 초박막 비밀, 나노기술로 푼다

▲ 배종성 한국기초과학 지원연구원 박사

나노기술은 물질이 갖는 특성의 근원을 분자수준에서 찾고, 분자 또는 분자집단의 구조나 특성을 연구하여 산업현장에 유용한 기술을 개발하고자 하는 복합학문 분야이다.

나노기술은 세계적으로 볼 때 새로이 태동하고 있는 과학기술 분야로, 궁극적으로 물질의 양보다는 분자수준의 기능기의 수에 의존하는 첨단 고기능성 소재를 개발함으로써 미래지향적 산업기반기술과 관련된 무한한 가치를 창조할 수 있는 중요한 분야이다. 또한 현재 각 학문 분야별로 부분적으로 연구가 진행되고 있는 나노기술 분야는 학제 간 교육 및 연구가 이루어질 때 바라는 발전을 이룰 수 있는 분야로서 기초연구와 기술혁신이 밀접하게 연결된 산학 복합의 특성을 갖고 있다.

부연하면 기초과학 즉, 물리, 화학, 생물학자들이 설계, 합성한 분자소재로부터 고도의 성능을 갖고 원하는 기능을 수행할 수 있는 분자소자를 창출하는 데에는 학문적으로 미시적인 분자구조와 특성과의 관계를 이해하는 것뿐만 아니라 분자나 원자단위의 구조조절이 실현 가능하게 되면서 과거에 볼 수 없었던 기술적 혁신을 일으키고 있으며 과학과 기술에 지대한 영향을 미칠 분야의 하나로 떠오르고 있다.

21세기의 가장 특징적인 발전의 하나는 고도의 정보화 사회로 향해가고 있다는 것이다. 하지만 서브 미크론(sub-micron, 지름 0.2∼0.1mμ, 1μ=0.0001cm) 크기의 잘 정의된 구조물을 만드는 것도 기술적으로 점점 난해한 일이 되어 가고 있으며, 그와 같은 구조물의 안정성 또한 불확실한 상황이다. 이와 같은 한계 앞에서 과학 기술계가 취할 태도는 근본적 한계에 도달할 때까지 현재의 기술을 개량해 가거나, 완전히 다른 발상을 통하여 기술 혁신을 이루는 것이다.

기술혁신의 핵심은 원하는 특성을 가진 초고집적 구조물이 안정적이도록 제작하는 것이다. 즉 구조물과 구조물, 구조물과 기판(substrate)의 경계(interface)가 잘 분별되게 하는 방법을 고안해야 하는 것이다. 따라서 다양한 표면과학의 연구 기구 및 기법을 이용하여 경계면의 구조적, 물리.화학적 특성을 분석할 수 있으며 이에 근거하여 경계면을 제어하는 기술개발을 추구할 수 있을 것이다. 이는 기초과학과 첨단공학의 상호 협력이 필수적인 분야이다.

이러한 경계면의 제어와 더불어 양자구조(양자점 및 양자선)에 대한 관심이 매우 커지고 있는 상황이다. 거시적인 계에서는 나타나지 않는 새로운 현상들이 발견되는 이러한 양자 체계(system)에서의 물성 측정과 제조기술의 확보는 시기적으로 매우 적절하다. 바로 이러한 현상 및 제조기술은 전자 및 광전소자의 개발이 계속 소형화, 직접화해가는 경향에 따라 차세대 나노 구조체 개발에 있어서 핵심적인 기술이 될 것이다.

현재의 박막 성장기술 연구는 초기상태의 현상을 설명하려는 노력이 대부분이라고 해도 과언이 아니다. 이것은 최근까지도 추측만이 가능하였던 초기상태의 박막의 성장 형상을 관찰 할 수가 있기 때문이다. 나노(nano) 구조의 특성 평가 기술에 힘입어 박막의 초기성장에 중요한 영향을 미치는 변수를 찾아내고 이를 이용한 나노 구조를 제작하는 기술은 차세대의 새로운 장치(device)를 만드는데 필수적인 기술의 하나이며 실제로 많은 곳에서 시스템 개발에 노력하고 있다.

중요한 것은 이러한 연구 활동이 나노과학 관련 학문과 학제간 연구의 토대를 마련하는 방향으로 수렴되는 특징을 갖고 있다는 점이다. 그러므로 우리나라도 국가가 나서서 나노기술 관련 연구기반을 확충하고 고도의 숙련된 전문 인력을 양성하여 대외적으로 증가하는 신기술에 능동적으로 대처하고 다양한 기술정보의 교류를 통해 산학협동 연구의 기틀을 마련해가야 하며 그 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않을 것이다.