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Research Highlights
- 김석 교수팀, 반도체도 1+1 박막 앞뒷면 모두 반도체 만들어내는 기술 나와
- [“고순도 소재 박막 양면 이용 가능…반도체 성능 획기적 향상”]
반도체 메모리의 용량이 1년마다 두 배씩 증가한다는 ‘황의 법칙’, 반도체 집적회로의 성능이 2년마다 두 배씩 증가한다는 ‘무어의 법칙’이 있다. 그러나 최근에는 기술 개발의 한계로 반도체 성능을 높이는 데 어려움이 따랐다. 이 가운데 국내 연구팀이 고순도 소재 박막 양면을 모두 반도체 소자로 만들 수 있는 기술을 개발했다. 개발된 기술을 활용하면 반도체 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
기계공학과 김석 교수 연구팀은 미국 일리노이대 어바나-샴페인캠퍼스와 버지니아대와의 공동연구를 통해 자체적으로 박리되는 고순도 실리콘 박막*1을 기판 위에 옮기는 전사 기술을 개발했다.
연구에서 박막, 기판, 그리고 이들이 담긴 용액의 표면 물성을 고려해 조합한 결과, 건조한 상태에서 기판에 강하게 붙어있던 박막이 용액 안에서 자체적으로 떨어져 나갔다.
김석 교수팀은 박막을 앞면이 위로 향하게 기판 위에 전사한 뒤 반도체 공정 후, 용액 안에 넣고 자체 박리된 박막을 뒤집었다. 뒤집힌 박막을 용액에서 꺼내 다시 공정 기판에 뒷면이 위로 향하게 전사함으로써 양면에 반도체 공정을 할 수 있었다.
이 연구성과를 활용하면 실리콘뿐만 아니라 GaN(질화갈륨), 갈륨비소(GaAs) 등 고순도 반도체 소재 박막 양면에도 반도체 공정을 할 수 있어, 더욱 다양한 성능을 가진 기기를 제조할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 이 기술은 3차원 집적회로 개발에도 활용할 수 있다. 2차원 구조의 반도체를 3차원 구조로 전환해 제작한 3차원 집적회로는 동일한 실리콘 웨이퍼*2 면적에 2차원 집적회로 대비 더 많은 반도체 소자*3를 구현할 수 있는 게 특징이다.
3차원 집적회로는 성능을 높이고 제조 비용을 낮출 수 있는 기술로 주목받고 있지만, 그동안 공정의 복잡성 등의 이유로 개발되기 어려웠다. 성능이 높은 반도체 소자와 소자의 정확하고 신속한 전사, 표준화된 공정이 필요...
2021-12-31
- 기계·화공 노준석 교수팀, 두 개의 빛으로 정보 유출 꽉 잡는다
- [가시광선·적외선에서 동시 작용하는 위조 방지 기술 개발]
가시광선과 적외선 두 개의 다른 파장의 빛을 이용해서 사회의 골칫거리인 정보 유출을 막을 수 있는 길이 열렸다. 빛의 성질을 극단적으로 활용하는 완전히 새로운 물질인 ‘메타표면’을 이용해서다. 이 기술을 사용하면 숨기고 싶은 정보는 따로 저장함으로써 보안을 한층 강화할 수 있다.
기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 김인기 박사(현 성균관대학교 생명물리학과 조교수), 기계공학과 석박사통합과정 정헌영 씨, 김주훈 씨 연구팀은 서로 다른 두 개의 메타원자를 이용해 가시광선과 적외선에서 동시에 작용하는 위조 방지 기술을 개발했다. 메타원자란 메타표면의 기본 단위를 일컫는다.
이전까지 대부분의 메타표면 장치는 가시광선이나 적외선 둘 중 하나의 좁은 파장대에서만 동시에 작용한다는 한계가 있었다. 다중 메타홀로그램의 경우에도 정보를 보기 위해선 광학 구성 요소를 추가하거나 별도 설정을 해야 했다.
노준석 교수팀은 서로 다른 재료의 메타원자로 문제를 해결하고자 했다. 구체적으로, 실리콘과 금으로 각각 532나노미터(nm) 가시광선과 980nm 적외선 빛의 위상을 조절하도록 했다. 서로 다른 메타원자는 가시광선과 적외선 모두에서 높은 효율로 각 파장의 홀로그램 이미지를 만들어냈다.
이번에 개발된 메타표면 장치에 가시광선과 적외선 레이저를 비추면 초록색 홀로그램 이미지와 함께, 눈으로 볼 수 없는 적외선 홀로그램 이미지가 나타난다. 여기서 1차 정보는 가시광선 영역의 홀로그램 이미지에서 암호화되고, 2차 정보는 적외선 영역에서 저장된다. 2차 정보는 적외선 센서 카드를 이용하면 눈으로도 볼 수 있다.
이 기술을 사용하면 위조 방지 기술의 보안을 한층 강화할 수 있다. 실리콘과 금 메타원자는 532nm와 980nm 이외에도 다양한 가시광선과 적외선 빛을 조절할 수 있다. 따라서 공개돼야 하는 정보는 가시광선 홀로그램으로, 숨겨야 하는 정보는 적외선 홀로그램으로 나타나게 ...
2021-10-11
- 화공 조길원 교수팀, 선인장 가시 모사해 땀 포집 패치 개발
- [붙이기만 해도 체액 분석…웨어러블 헬스케어 기기에 활용 가능]
선인장 가시가 물을 끌어들이는 원리를 이용한 땀 포집 패치가 개발됐다.
땀은 채혈 없이도 체액을 분석할 수 있는 효과적인 매개체다. 이를 활용한 땀 센서는 반복적으로 채혈하는 당뇨병 환자의 번거로움을 덜어줄 수 있으며, 피로도 측정 등 일상적인 건강관리를 위한 웨어러블 헬스케어 기기에도 활용될 수 있다. 그러나 땀은 분비 속도가 느리고 불규칙적이라는 한계가 있다. 이러한 땀을 효과적으로 포집할 방법이 필요했다.
최근 화학공학과 조길원 교수와 박사과정 손종현 씨 연구팀은 선인장 가시의 원리를 모방해 빠르게 땀을 모으는 피부부착형 패치를 개발했다.
건조한 환경에서 자라나는 선인장은 생존을 위해 가시에 맺힌 물방울을 가시 끝에서 몸통 쪽으로 이동시킨다. 이때 미세 물방울은 물방울의 휘어진 곡면 안쪽과 바깥쪽에 작용하는 압력의 차이로 인해 이동하게 되는데, 이를 라플라스 압력이라고 부른다.
조길원 교수 연구팀이 개발한 패치에는 선인장 가시가 물을 끌어들이는 원리가 적용됐다. 연구팀은 초발수·초친수로 표면에너지가 쐐기 형태로 패턴된 표면 구조와 마이크로유체 관의 높이 등을 최적화해 라플라스 압력 차이를 극대화했다.
연구 결과, 개발된 패치를 사용하면 미세 물방울이 마이크로유체 관의 기울기와 관계없이 자동으로 빠르게 이동했다. 또한 패치를 웨어러블 땀 센서에 적용할 경우, 일반 마이크로유체 관을 이용할 경우보다 훨씬 빠르게 측정할 수 있을 뿐 아니라 지속적인 혈당 모니터링이 가능했다.
화학공학과 조길원 교수는 "이 패치는 그간 포집에 어려움을 겪어 웨어러블 기기에 활용하지 못했던 땀을 빠르게 채취할 수 있는 기술"이라며 "땀을 활용해 혈당관리를 포함해 다양한 웨어러블 헬스케어 기술에 활용할 수 있을 것"이라고 기대감을 밝혔다.
한편, 세계적으로 권위 있는 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 표지논문에 최근 선정...
2021-10-07
- 차형준 교수팀, 식도에 ’착붙‘…홍합단백질과 자석으로 약물전달 효과 높인다
- - 홍합접착소재 기반의 자기장 감응성 접착 마이크로입자 개발
- 식도 등 음식물 빠르게 흐르는 통로기관에서 일주일 이상 유지
식도는 연동운동을 통해 물과 음식물을 위(胃)로 빠르게 흘려보내는 통로기관이다. 때문에 식도질환이 발생하면 병변 부위의 약물치료가 어려운 상황이다. 유체역학적 전단력*1과 항력*2에 의해 약물이 조직에서 오랫동안 버티지 못해서다.
화학공학과 차형준 교수팀(최현선 석박사통합과정)은 경북대학교 의생명융합공학과 조윤기 교수와의 공동연구로 홍합접착단백질에 자기장 감응성을 부여해 접착성 마이크로입자를 개발했다. 자기장 감응성이란 외부자기장에 반응하여 자기장 방향으로 이동하는 성질을 의미한다.
차형준 교수팀이 개발한 마이크로입자는 자기장이 가해지는 방향으로 이동을 제어할 수 있으며, 빠른 유속을 가지는 통로기관에서도 약물을 국소적·장기적으로 병변 부위에 전달할 수 있다.
기존의 자기장 감응성 약물전달 시스템은 목표 부위로 약물을 전달한 후 자기장을 제거하면 유동적인 체내 유체환경에서 사라지기 쉽다는 한계가 있었다.
이에 차형준 교수팀은 마이크로입자 내부에 산화철을 담았다. 이 마이크로입자는 빠른 유체가 흐르는 통로기관에서 일차적으로 자기장에 의해 병변 부위에 국소적으로 전달된다. 이후 홍합접착단백질이 갖는 강한 수중 접착력 덕분에 자기장을 제거하고도 병변 부위에 입자가 장기적으로 유지된다.
연구 결과, 자기장 유무에 따라 전달효율이 5배 이상 차이가 났으며, 자기장을 제거한 후에도 전달 부위에서 일주일 이상 효과를 유지했다. 이는 적은 약물량과 투여 횟수로도 식도질환 환자에게 우수한 치료 효과를 보일 수 있다는 점에서 의미가 크다. 이 마이크로입자는 산화철 특성상 자기공명영상법*3으로 입자 위치를 실시간으로 확인할 수도 있다.
또한 차형준 교수팀은 마이크로입자의 우수한 생체적합성에 더해, 암 치료에 널리 사용되는 화학요법 약물인 독소루비신을 내부에 담아 암세포의 사멸율을 약 84%까지 올리는 등 높은...
2021-10-03
- 화공 차형준 교수팀, 장기에 생긴 구멍, 홍합으로 메운다
- [POSTECH-고려대 공동연구팀, 홍합수중접착제 활용 혁신적인 방광 누공 치료기술 제시]
최근 국내 연구팀이 홍합접착단백질을 이용해 소변에 노출된 상황에서도 장기에 생긴 누공(瘻孔)을 효과적으로 꿰맬 수 있는 혁신적인 방광 누공 치료기술을 개발했다.
화학공학과 차형준 교수, 김효정 박사(현, 한국화학연구원), 박태윤 박사 연구팀은 고려대 안암병원 비뇨의학과 강석호 교수, 강북삼성병원 비뇨의학과 편종현 교수 연구팀과 함께 홍합단백질을 이용한 ‘수중접착제’를 개선하고, 이를 실제 방광 누공을 모사한 돼지 모델에 적용했다. 그 결과, 봉합사를 이용한 기존 치료 방법보다 훨씬 간편하고 빠르게 누공을 폐쇄하며, 치료 효과가 더 뛰어난 것을 확인했다.
누공(fistula)이란 혈관, 창자와 같이 두 개의 공간으로 이루어진 기관 사이에 생기는 비정상적으로 연결된 구멍(hole)을 의미한다. 그중에서도 방광(bladder)은 주변으로 복강내 창자, 자궁, 질 등 다양한 장기와 접해 있어 누공이 발생할 경우, 분뇨 실금이나 방광 염증과 같은 다양한 부작용이 발생한다. 이는 환자 삶의 질을 심각하게 훼손할 뿐 아니라, 특히 개발도상국의 경우 여성 누공이 여성의 인권과 존엄성을 무시하는 매우 심각한 사회문제로 여겨지고 있다.
현재는 이러한 방광 누공을 치료하기 위해서는 봉합사로 꿰매는 물리적 봉합 방식이 대표적이다. 하지만 이러한 물리적 봉합은 수술이 어렵고, 방광의 수축과 팽창이 반복되는 경우 조직이 손상되어 상처가 잘 아물지 않는 등 다양한 어려움이 있었다.
POSTECH-고려대 공동연구팀은 2016년에 홍합접착단백질의 상분리 현상을 이용한 제형을 만들어 혈액, 소변과 같은 체액에서도 분해되지 않고 우수한 수중 접착력을 가지는 수중접착제를 개발했다. 여기에서 더 나아가 이번에는 임상으로의 실제 적용을 위한 수중접착제의 개선과 함께 방광 누공이 있는 돼지 모델로 실험했다.
공동연구팀은 요변성*1을 가지는 액체-액체 상분리 제형을...
2021-03-15
