[디지털투데이 석대건 기자] KAIST가 3D 프린팅으로 수직형 나노 레이저를 제작하는 기술을 개발했다. KAIST는 기계공학과 김지태 교수 연구팀이 POSTECH(총장 김성근) 노준석 교수 연구팀과 공동으로 수직형 나노 레이저를 제작할 수 있는 초미세 3D 프린팅 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 

수직형 나노 레이저는 초고밀도 광집적회로의 핵심 소자다. 기존 반도체 제조 방식인 리소그래피 공정은 공정이 복잡하고 비용이 많이 들었다. 소자의 형태나 위치를 자유롭게 바꾸기 어려웠다. 대부분의 기존 레이저는 기판 위에 눕혀진 수평 구조로 공간을 많이 차지하고 빛이 아래로 새어 나가 효율이 떨어지는 문제도 있었다.

연구팀은 페로브스카이트를 수직으로 쌓아 올리는 3D 프린팅 방식을 개발했다. 페로브스카이트는 빛을 효율적으로 만들어내는 차세대 반도체 소재다. 이 기술은 전압을 이용해 아토리터(10⁻¹⁸L) 크기의 잉크 방울을 정밀하게 제어하는 초미세 전기유체 3D 프린팅 기술이다.

연구팀은 재료를 깎아내는 복잡한 공정 없이 원하는 위치에 나노 구조물을 수직으로 직접 인쇄했다. 나노 구조물은 머리카락보다 훨씬 가는 기둥 모양이다. 프린팅 과정에 기체상 결정화 제어 기술을 결합해 결정이 거의 하나로 정렬된 고품질 구조를 구현했다고 연구팀은 설명했다. 페로브스카이트 나노 구조물의 표면을 매우 매끄럽게 만들어 레이저 효율을 높였다.

연구팀은 빛의 손실이 적고 안정적으로 작동하는 고효율 수직형 나노 레이저를 구현했다. 나노 구조물의 높이를 조절해 레이저가 내는 빛의 색을 정밀하게 바꿀 수 있음을 입증했다. 육안으로는 보이지 않지만 특수 장비로만 확인할 수 있는 레이저 보안 패턴을 제작했다고 위조 방지 기술로서의 상용화 가능성도 확인했다 전했다.

김지태 교수는 "이번 기술은 복잡한 공정 없이 빛으로 계산하는 반도체를 칩 위에 직접 고밀도로 구현할 수 있게 한다"며 "초고속 광컴퓨팅과 차세대 보안 기술의 상용화를 앞당길 것"이라고 말했다. 

연구 결과는 기계공학과 스치 후(Shiqi Hu) 박사가 제1저자로 나노과학 분야 국제 학술지 ACS Nano에 12월 6일 온라인 판으로 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 우수신진연구, 중견연구자지원사업, 이노코어(InnoCORE) AI 기반 지능형 설계-제조 통합 연구단의 지원으로 수행됐다.

김지태 교수는 "이번 기술은 복잡한 공정 없이 빛으로 계산하는 반도체를 칩 위에 직접 고밀도로 구현할 수 있게 한다"며 "초고속 광컴퓨팅과 차세대 보안 기술의 상용화를 앞당길 것"이라고 말했다.

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