무기물 소재, 사진 찍듯 간편하게 패턴 그린다

UNIST, 저비용‧고효율 무기물 광학 프린팅 위한 기능성 금속 칼코게나이드 잉크 개발

광경화성 무기물 잉크로 미세 회로 패턴을 손쉽게 형성하는 광학인쇄 공정 기술이 개발됐다.

UNIST(총장 이용훈)는 신소재공학과 손재성-에너지화학공학과 이지석 교수 연구팀이 빛을 받으면 굳는 광경화성 금속 칼코게나이드 잉크와 이를 활용한 광학인쇄 공정을 개발했다고 28일 밝혔다.

이 연구는 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 최근 실렸다.

소재를 잉크 형태로 뿌린 후 빛을 쬐어 굳혀 쌓아올리는 광학 3D 프린팅 기술은 복잡한 공정 없이 회로 패턴을 형성할 수 있다. 그러나 광경화성 고분자 유기물이 포함돼 있어 소재 특성을 저해한다는 단점이 있다.

연구팀은 고분자를 포함하지 않는 광경화성 무기물 잉크를 합성하고 이를 디지털 광 처리(DLP) 인쇄 공정에 접목, 무기물 소재 광학 프린팅 기술을 개발했다. 다양한 무기물 소재 중 최근 좋은 발광 및 전기적 특성을 지녀 반도체 소재로 각광 받는 금속 칼코게나이드 및 2차원 전이금속 다이칼코게나이드 소재를 활용했다.

광경화성 무기 반도체 잉크를 이용한 광학인쇄공정 (자료=UNIST)

이번에 개발한 광학 프린팅 공정은 기존 방식과 달리 유기물 성분이 없는 순수 무기물 잉크만 사용했다. 금속 칼코게나이드 전구체 용액을 합성한 후, 광산 발생제를 첨가해 광학 프린팅을 위한 광경화 특성을 부여했다. 또 나노미터 두께로 잉크를 쌓아 올리는 DLP 인쇄 공정을 이용, 반도체 소재 구조체를 만드는데 드는 비용과 시간을 대폭 낮췄다.

연구팀은 이 공정으로 마이크로 열전 발전기도 제작해 기술을 실증했다. 대면적 프린팅과 3차원 적층에 활용할 수 있는 가능성도 제시했다.

이지석 교수는 "고분자 지지체 없이도 프린팅 구조체를 수십 나노미터 단위로 조절할 수 있는 정밀한 기술"이라며 "기존 광학 3D 프린팅 공정을 획기적으로 개선한 것은 물론, 프린팅 소재의 한계를 넘어 다양한 무기물 소재를 프린팅 공정에 직접 접목할 수 있는 중요한 기술"이라고 밝혔다.