고려대, 공과대학 이헌‧심준형 교수,  

과기정통부 ‘국가연구개발 우수성과 100선’ 선정 

△ (왼쪽부터) 신소재공학부 이헌 교수, 기계공학부 심준형 교수 

고려대학교(총장 김동원) 공과대학 신소재공학부 이헌 교수와 기계공학부 심준형 교수가  12월 17일(화) 과학기술정보통신부(이하 과기부)의 ‘2024 국가연구개발 우수성과 100선’에 선정됐다. 특히 이헌 교수는 기계‧ 소재 분야에서 최우수 연구로 선정되는 영광을 안았다. 

과기정통부는 과학기술의 역할에 대한 국민의 관심을 제고하고, 과학기술인의 자긍심을 고취하고자 올해로 19년째 연구개발 우수성과 100선을 발표하고 있다. 선발 분야는 기계·소재, 생명·해양, 에너지·환경, 정보·전자, 융합, 순수기초·기반으로 6개 기술 분과이다. 그리고 우수성과 100건 중 분야별로 2건, 총 12건의 최우수 성과를 선정한다. 

신소재공학부 이헌 교수는 ‘포토리소그래피 및 나노임프린트 리소그래피 융합을 통한 메타 렌즈 대량 생산 플랫폼 개발’ 연구로, 이번에 선발된 100건 중 최우수 성과로 선정돼 혁신성을 인정받았다. 이 연구는 메타 표면의 대면적‧저비용‧고처리 생산을 가능하게 해 차세대 웨어러블 디바이스와 3D 홀로그램 디스플레이 기술 분야의 경쟁력 확보에 크게 이바지할 것으로 보인다.

*포토리소그래피 : 레지스트로 코팅된 기판을 빛, 전자빔에 노출해 설계된 회로를 그리는 리소그래피 공정

*나노임프린트 리소그래피 : 스탬프를 찍듯이 나노 패턴을 복제하는 기술

메타 표면은 파장 이하 크기의 나노 안테나들이 2차원으로 배열된 구조로, 자연계에서는 찾아볼 수 없는 독특한 광학적 특성이 있어 다양한 광학 기술에 활용된다. 특히 메타 렌즈는 AR과 VR 기기 시야각 확대가 가능하고, 색수차 문제가 없기에 사용자의 몰입감을 높일 수 있다. 이러한 장점을 갖고 있기에 메타 렌즈에 대한 산업계의 관심이 높아지고 있다. 

다만, 메타 표면 구현에 필요한 나노구조체의 정밀한 패터닝(patterning) 작업은 고난도 작업이라, 지금까지 주로 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)에 의존해 왔다. 전자빔 리소그래피 공정은 높은 비용과 함께 대량 생산이 어려워 산업계 전반에 사용되기에는 어렵다는 한계가 있다. 

*전자빔 리소그래피: 반도체 기판 등에 전자빔을 이용해 매우 미세한 전자 회로를 그리는 기법 

이헌 교수 연구팀은 반도체 제조공정에 사용되는 Deep UV ArF(Argon Fluoride) 리소그래피와 나노임프린트 리소그래피를 결합한 공정법을 개발해 문제를 해결했다. ArF 포토리소그래피를 활용해 웨이퍼 스케일의 마스터 스탬프를 제작하고, 나노임프린트 리소그래피를 이용해 12인치 웨이퍼에 수백 개의 메타렌즈를 단일 공정으로 복제하는 데 성공했다. 더불어 복제된 메타 렌즈에 원자층 증착 기술을 사용해 높은 굴절률 물질을 코팅시켜, 메타 렌즈의 광 변환 효율을 크게 높였다. 

이번 연구 성과는 메타 렌즈의 상용화 가능성을 확대했다는 점에서 우수성을 인정받았다. 특히 기존 대비 생산 가격이 1000분의 1 수준으로 낮춰질 수 있어, 다양한 산업 분야에서 메타 렌즈의 폭넓은 활용을 가능케 할 것으로 기대받고 있다. 

기계공학부 심준형 교수의 ‘반도체 공정 기반 고내 구성 연료전지 촉매 개발’ 연구는 기존 촉매에서 사용되는 고가의 백금과 연료전지 구동 중 발생하는 탄소 기반 지지체의 부식을 해결하고자, 전기적 안정성이 높은 텅스텐 산화물(WOx)을 활용해 새로운 촉매를 개발해 우수 연구로 선정됐다. 이번 연구 성과는 연료전지 차량, 수소 발전소, 에너지저장 장치 등 다양한 응용 분야에 적용할 수 있으며, 신재생에너지 산업 전반에 큰 파급 효과를 미칠 것으로 기대된다. 

심준형 교수 연구진은 백금에 반도체 공정 기술인 원자층 증착법(ALD)을 적용해 소재를 나노미터 수준으로 정교하게 증착했다. 이 작업을 통해, 적은 양의 백금으로도 높은 촉매 성능을 유지할 수 있었다. 개발된 촉매는 수소 부족 환경에서도 98% 이상의 성능을 유지하며, 기존 상용 촉매 대비 반복적인 시동과 정지 환경에서 25% 이상 높은 내구성을 가졌다. 

또한, 해당 촉매는 역전압 환경에서 손상 발생 시간이 기존 대비 20배 이상 연장됐으며, 연료전지의 주요 문제였던 내구성 저하를 극복해 상용화의 가능성을 열었다. 연구진은 텅스텐 산화물의 낮은 전기 전도성을 해결하기 위해 아르곤 플라스마 처리를 도입, 산소 결손을 유도해 전도성을 높였다. 이를 통해 촉매는 고온 및 가혹한 운전 환경에서도 성능 저하 없이 안정적으로 작동할 수 있게 되었다. 

이번에 선정된 연구들은 과기정통부 장관 명의의 인증서와 현판이 수여된다. 그리고 관계 규정에 따라 과제 선정과 기관평가 등에서 가점을 받을 수 있으며, 연구자는 국가연구개발 성과 평가 유공 포상(훈·포장, 대통령 표창, 국무총리 표창 등) 후보자로 적극 추천되는 등의 혜택이 제공된다.