우리나라 나노과학을 이끌고 있는 한국기계연구원. 이재종박사가 나노임프란트장비로 연구하고 있다.(사진=한국기계연구원)

[아시아경제 이영철 기자] 머리카락의 5만 분의 1이란 나노(Nano). 최소에서 찾은 최고의 과학, 나노기술을 연구하는 과학자들이 꿈꾸는 미래는 어떨까?

나노과학의 발전으로 혈관로봇 개발, 인간유전자를 담은 바이오칩개발 등으로 질병의 발병시기까지 체크해주는 등 상상 속에서도 꿈꿀 수 없던 일들을 현실로 실현시키고 있다.

연구 대상은 초미세한 '나노' 크기지만, 나노과학자들이 미래에 끼칠 영향력의 크기는 환산할 수 없을 만큼 큰 이유가 여기에 있다.

미래의 우리나라를 이끌 나노과학이 한국기계연구원에서 결실을 맺고 있다.

한국기계연구원 ‘나노메카트로닉스기술개발사업단’에서 국내 최고의 나노기술을 연구하는 두 과학자를 소개한다.

나노메카트로닉스기술개발사업단은 2002년부터 2012년까지 1286억원으로 나노과학을 연구하고 있다.

최근 나노 임프린팅 필름과 장비 개발로 메모리소자의 대량생산을 현실화한 이재종 박사(나노공정장비연구실)와 그래핀 나노고체윤활막을 개발한 이학주 박사(나노역학연구실)는 모두 나노과학연구의 거목들이다.

◆ 다층 나노 임프린트장비 개발로 국익 향상=메모리소자와 고효율 발광다이오드(LED) 등의 생산에 새 길을 열 차세대 다층 나노 임프린트장비가 국내 처음 한국기계연구원에서 개발됐다.

나노공정장비연구실 이재종 박사팀이 개발한 이 장비는 여러 겹의 나노소자를 10㎚(나노미터, 10억분의1미터) 미만으로 겹쳐 동시에 만들어 대량생산했다.

이재종 박사.

나노 임프린트장비는 2000년 미국에서 먼저 개발됐고 한국기계연구원 나노공정장비연구실은 2002년 10월부터 개발에 나섰다. 후발주자지만 새 요소기술개발로 미국과 어깨를 나란히 하고 있다.

국내 처음 개발한 10㎚ 오버레이 측정시스템과 일체형 나노-마이크로 정렬 스테이지 기술은 나노패턴을 적층해 기능을 높일 때 쓰이는 기술이다. 이 기술로 나노 임프린트장비의 정렬정도와 공정의 정밀도가 높아졌다.

이에 따라 6인치의 웨이퍼에 16 ㎚급 모스펫(MOSFET·반도체소자), 1 테라비트 하드 디스크 드라이브, LED, 나노광통신소자와 나노바이오소자 등의 나노구조패턴을 빠르고 정확하게 대량생산할 수 있게 됐다.

이재종 박사는 “이번에 개발한 장비는 수㎚급의 정밀도를 바탕으로 대면적 나노패터닝을 가능케 한 핵심원천기술의 집합체로, 앞으로 관련산업계에 큰 파급 효과를 기대할 수 있다”고 말했다.

이 박사는 “우리나라 반도체분야 수입액은 2000억 달러, 수출액은 2800억 달러로 지금까지는 대다수의 반도체 장비를 수입했기 때문에 큰 수익을 보지 못했다”며 “공정 장비의 원천기술을 획득해 국익을 높일 계획”이라고 포부를 밝혔다.

◆ 세계 나노측정계가 주목하는 기계연 연구팀, 그래핀의 신 응용분야 개척=이학주 박사팀은 10 ㎚급 나노측정 원천기술을 갖고 있어 세계 나노측정분야에서 큰 주목을 받아왔다.

이 박사팀은 미소 기둥 압축시험법, 박막의 열팽창계수 측정법을 개발하는 등 박막의 기계적 물성 측정법분야에서 국제표준을 주도하기도 했다.

올 초엔 이 박사팀이 개발한 나노측정기술이 국제전기기술위원회 (International Electrotechnical Commission, IEC)의 국제표준 기술로 채택됐다.

이학주 박사.

한국에서 개발된 나노측정기술이 국제표준으로 공표된 건 처음으로, 나노측정 원천기술의 국제표준 선취권을 확보함에 따라 우리나라가 13조5000억원 규모의 세계 나노측정기술산업을 이끄는 계기를 마련한 것이다.

이학주 박사는 최근 머리카락 굵기의 1만분의 1 정도인 10 ㎚ 이하의 두께로 강철의 100배 이상 강도를 가진 나노소재인 그래핀을 이용한 초박막 고내구성의 나노고체윤활막을 세계 처음 개발, 언론의 조명을 받았다.

그래핀 나노고체윤활막은 기계소자간의 간극이 너무 좁아 기존의 유체를 이용한 윤활방법을 적용할 수 없는 미세전자기계시스템이나 항공우주부품 등에 적용돼 시스템 수명과 성능, 부품의 내구성을 최소 2배 이상 향상시킬 것으로 기대된다.

이 박사팀이 개발한 그래핀 나노고체윤활막기술은 가로 7㎝, 세로 7㎝ 크기의 넓은 막을 만들 수 있어 용도가 다양하고 원하는 겉면에 쉽게 코팅할 수 있다.

또 그래핀의 뛰어난 신축성으로 구부러질 수 있는 전자소자 표면을 보호하는 코팅막으로도 쓸 수 있다. 10 ㎚ 이하의 초박막이지만 전통적인 고체윤활제인 벌크그라파이트와 비슷한 마찰저감효과를 지닌다.

끊임없이 새 연구성과를 발표하는 이학주 박사팀의 저력은 이어지는 실험에서 나온다.

이 박사는 수 많은 실험과 연구결과를 바탕으로 각종 나노제품 설계기술향상을 위해 지금까지 구축한 기계연의 물성 데이터 베이스(DB)를 웹버전으로 공개할 계획이다.

이영철 기자 panpanyz@
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