레이저 간섭 리소그래피를 이용한 주기적인 나노구조물의 제작 및 응용

Abstract

잘 정돈된 표면상의 나노구조물은 태양전지, 자기 기억장치, 바이오센서, 광 결정, 광전자 분야 등에 두루 적용할 수 있는 많은 가능성을 지닌다. 이러한 나노구조물을 제작하기 위한 리소그래피 기법으로는 전자빔 리소그래피(Electron Beam Lithography, EBL), Focused Ion Beam 리소그래피(FIB), Nanoimprint 리소그래피(NIL), 나노구 리소그래피(Nanosphere Lithography, NSP), Two- Photon 리소그래피(2PL), Dip Pen 나노 리소그래피(DPN) 등이 있다. 이 중에서 레이저 간섭 리소그래피(Laser Interference Lithography, LIL)는 빠른 공정이 가능하고, 대면적에 간단히 나노구조물을 제작할 수 있어 공정 단가 절약에 장점을 가진다. 본 연구에서는 LIL 기법을 이용하기 위하여 325 ㎚의 파장과 442 ㎚의 파장을 가지는 두 개의 연속발진 He-Cd 레이저를 광원으로 하여 각각의 파장에 맞게 Lloyd's mirror interferometer를 응용한 레이저 간섭 리소그래피 장치를 각각 구성하고, 이를 수백 ㎚ 수준의 나노구조물을 제작하는 공정에 응용하였다. LIL을 통해 500 ㎚에서 1 ㎛ 사이의 다양한 주기를 가지는 1차원 및 2차원의 주기적인 감광제 패턴을 제작할 수 있었고, 이와 같은 LIL 기법을 다음과 같이 다양한 나노구조물 제작 연구에 응용하였다.

1. 나노광학, 광결정 등 다양한 분야에 응용 가능한 주기적인 ZnO 나노기둥 제작을 위해 Si 기판 위에 2차원의 주기적인 ZnO 나노점 배열을 제작하였다. 2. Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 태양전지의 주재료로 쓰이는 GaAs 기판 상에 주기적인 1차원 및 2차원의 GaAs 나노구조물을 제작함으로써, 태양전지 효율을 개선하는 연구에 응용하고자 하였다. 3. Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체 태양전지 표면에 주기적인 1차원 및 2차원의 감광제 패턴을 제작하여 텍스처(texture) 처리하였고, 이를 통해 태양전지의 효율을 개선하였다. 현재 감광제 두께, 패턴의 주기, 패턴의 너비 등의 조건을 최적화하며 다양한 패턴을 제작하고 있으며, 차후 상기 조건의 최적화에 따라 더욱 증대된 태양전지의 효율 개선 효과를 얻을 수 있다.

위와 같이 LIL 기법을 이용한 나노구조물 제작 연구를 통해 다양한 반도체 물질 위에 주기적인 나노구조를 제작할 수 있음을 확인하였다. 이 연구를 통하여 LED, 태양전지 등의 광소자 등에 주기적인 반도체 나노구조를 제작하는 경우, 비선형 특성의 증대에 의한 광소자의 효율을 향상시키는 연구에 응용될 수 있을 것이다.