KAIST "광컴퓨팅·양자보안 핵심 '나노 레이저' 찍어낸다"

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내연구진이 차세대 반도체의 핵심소자인 '나노 레이저'를 반도체 칩 위에 고밀도로 배치할 수 있는 신규 제작 기술을 확보했다.

한국과학기술원(카이스트·KAIST)는 기계공학과 김지태 교수팀이 포스텍(POSTECH) 노준석 교수과 공동연구를 통해 초고밀도 광집적회로의 핵심 소자인 '수직형 나노 레이저'를 만들 수 있는 초미세 3차원 프린팅 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

빛으로 정보를 처리하는 나노 레이저는 거대 인공지능(AI)을 위한 초고속 광컴퓨팅, 양자 암호통신 등 미래 반도체의 핵심소자로 주목받고 있다.

기존 반도체 제조방식인 리소그래피 공정은 같은 구조를 대량생산하는 데는 효과적이지만 공정이 복잡하고 비용이 많이 들며 소자형태나 위치를 자유롭게 바꾸기 어렵다.

또 대부분의 레이저가 기판 위에 눕혀진 수평구조로 만들어져 공간을 많이 차지하고 빛이 아래로 새어 나가 효율이 떨어지는 문제도 있다.

이번에 공동연구팀은 빛을 효율적으로 만들어내는 차세대 반도체 소재인 '페로브스카이트'를 수직으로 쌓아 올리는 새로운 3D 프린팅 방식을 개발해 기존 문제점을 극복했다.

이 기술은 전압을 이용해 눈에 보이지 않을 만큼 매우 작은 잉크 방울(아토리터)을 정밀하게 제어하는 초미세 전기유체 3D 프린팅 기술이다.

이를 통해 재료를 깎아내는 복잡한 공정없이도 원하는 위치에 머리카락보다 훨씬 가는 기둥모양의 나노 구조물을 수직으로 직접 인쇄하는 데 성공했다.

이 방식으로 인쇄된 페로브스카이트 나노 구조물의 표면은 매우 매끄러워 레이저 효율이 높다. 연구팀은 프린팅 과정에 기체상결정화 제어기술을 활용해 결정이 거의 하나로 정렬된 고품질 구조를 구현, 빛의 손실이 적고 안정적으로 작동하는 고효율 수직형 나노 레이저를 구현해 냈다.

이어 연구진은 나노 구조물의 높이를 조절해 레이저가 내는 빛의 색을 정밀하게 바꿀 수 있음을 입증했다. 이를 활용해 특수 장비로만 확인할 수 있는 레이저 보안패턴을 제작해 위조방지 기술로서의 상용화 가능성도 확인했다.

연구 결과는 나노과학 분야 국제 학술지 'ACS Nano'에 지난해 12월6일 게재됐다.

김 교수는 "이번 기술로 복잡한 공정없이 빛으로 계산하는 반도체를 칩 위에 직접 고밀도로 구현할 수 있게 됐다"며 "초고속 광컴퓨팅과 차세대 보안 기술의 상용화를 앞당길 것"이라고 말했다.


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