한림대 반도체·디스플레이스쿨 이종민 교수 연구팀, 플라즈모닉 전자기장 증강 구현 ‘금 나노클러스터 플랫폼’ 개발

- 무질서한 다입자 금 나노클러스터로 웨이퍼 규모의 강하고 균일한 플라즈모닉 증강 구현해 나노안테나구조 대량생산 가능성

- 리소그래피·식각 없는 트리플 디웨팅 공정…고감도 센싱·양자광소자 응용 가능성 제시

<사진: 왼쪽부터 한림대 이종민 교수, Paderborn대학 Vasanthan Devaraj 박사, 충남대 김민준 박사>

 한림대학교(총장 최양희) 반도체·디스플레이스쿨 이종민 교수 연구팀이 충남대학교 전민용 교수 연구팀, 독일 Paderborn 대학 Thomas Zentgarf 교수 연구팀과 공동으로 리소그래피와 식각 공정 없이 웨이퍼 규모에서 균일하고 강한 플라즈모닉 전자기장 증강을 구현하는 금 나노클러스터 플랫폼을 개발했다.

 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘Laser & Photonics Reviews’(IF:9.7, JCR 상위 8.1%)에 게재됐으며 충남대 김민준 박사와 Paderborn 대학 Vasanthan Devaraj 박사가 공동 제1저자로, 충남대 전민용 교수, Paderborn 대학 Thomas Zentgraf 교수, 한림대학교 이종민 교수가 공동 교신저자로 참여했다.

 연구팀은 금 박막을 증착한 후 급속 열처리를 통해 나노입자를 형성하는 디웨팅(dewetting) 공정의 조건을 정밀하게 제어하고, 이를 순차적으로 반복하는 전략을 제안했다. 이를 통해 큰 금 나노입자 주변에 작은 위성 나노입자가 조밀하게 분포하는 구조를 구현했으며, 개별 나노갭의 크기와 배열 변화에 따라 광학 성능이 크게 달라지는 기존 플라즈모닉 구조의 한계를 완화했다.

 이종민 교수는 “이번 연구의 핵심은 개별 나노입자의 배열을 정교하게 설계하는 기존 방식에서 벗어나, 다수의 입자가 형성하는 집단적 광결합을 통해 우수한 광학 증강 효과와 높은 공간적 균일성을 동시에 확보했다는 데 있다”며 “공정이 비교적 간단하면서도 웨이퍼 수준의 대면적 제작이 가능해 고감도 바이오·화학 센서뿐 아니라 차세대 나노광학 및 양자광학 소자 개발에도 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

 한편, 이번 연구는 한국연구재단(NRF)의 기초연구실지원사업, 대학중점연구소지원사업의 지원을 받아 수행됐다.