연세대학교 NEMD(Nano ElectroMechanical Device)연구실이 주목을 받고 있다. 나노 디바이스의 설계 및 제작, 성능측정과 분석을 진행하여 활용 분야의 확대를 목표로 연구를 진행하고 있는 NEMD연구실은 연세대학교 나노그린에너지 중점연구소에 속해 나노융합 그린에너지 원천기술의 개발을 위한 연구도 함께 수행하고 있다.
 

▲ 전성찬 교수

나노그린에너지 중점연구소 내의 NEMD연구실이 맡은 분야는 에너지 변환소자로부터 저장 소자까지 효율적인 에너지 전송기술을 개발하기 위한 탄소 소재의 고효율 인터커넥터 연구다. 이러한 연구를 통해 NEMD연구실은 나노 스케일의 탄소 구조체 생성법을 개발 및 응용하고 전송선으로써의 가능성을 입증하였다. 나노 전자기계 디바이스 분야를 선도하고 있는 연세대 NEMD연구실을 찾았다.

3가지 연구 분야 중점적으로 추진
연세대 NEMD연구실에서 진행하고 있는 연구 분야는 크게 세 가지다. 그 첫 번째가 향후 기존의 통신소자를 대체할 것으로 기대되는 NEMS(Nano Electromechanical System)기반의 Nano-resonator(나노공진기)의 상용화 연구다. 다음으로는 2010년 노벨물리학상으로 주목받고 있는 2차원 탄소 구조체인 그래핀(graphene)의 전자 디바이스 적용에 관한 연구다. 마지막 연구 분야는 나노 디바이스의 바이오센서 적용 연구로, 이를 통해 기존 센서의 성능을 극대화시키고 소형화를 가능하게 할 것으로 기대되고 있다. 이러한 연구 분야에서 연구실은 특히 나노공진기, 그래픽 기반 고주파 전송선, 나노바이오 센서 분야에 대한 연구를 중점적으로 추진하고 있다. nano-electro-mechanical system 중 하나인 나노 공진기는 무선 통신 분야에서 기기의 소형화와 요구되는 동작전력을 최소화시킬 수 있는 기술로서 기대를 받고 있다. 또한 나노 공진기는 매우 높은 기계적 반응도를 유지하는 동시에 극도로 높은 주파수 동작이 가능하기 때문에 센서, 필터, 발진기, 위상변환기(phase shifter)로 큰 주목을 받고 있다. 한편 그래핀의 고주파 전송 연구를 위해 연구실은 기존의 금속소재를 대체하여 고주파 전송에 이용될 수 있는 물질로서 가능성이 높은 탄소소재에 대한 연구를 진행하고 있다. 이를 위해 연구실에서는 그래핀 전송선 소자의 특성을 평가하고 사용화하기 위한 연구를 추진 중이다. 기존의 연구에서는 효율적 에너지 전송을 위한 전송선 제작 소재로써 구리나 알루미늄과 같은 금속을 주로 사용해왔다. 하지만 전자소자의 시스템이 점차 소형화됨에 따라 금속 전송선은 손실이 증가되며 고효율 에너지 전송이 불가능해진다. 이에 NEMD연구실에서는 최근 기존의 구리, 알루미늄 전송선을 대체하는 물질로 탄소나노튜브를 적용하기 위한 특성연구가 활발히 진행 중이다. 전성찬 교수는 “많은 전자소자가 고주파 신호전송을 지향하고 있는 상황에서 그래핀 전송선 전송선의 고주파 특성 연구의 필요성이 대두되고 있다. NEMD연구실의 연구결과로부터 그래핀 소재를 통한 고효율 에너지 전송선의 개발 및 상용화 가능성을 한층 더 높일 수 있다”고 덧붙였다.

▲ 나노 전자기계 디바이스 분야를 선도하고 있는 연세대 NEMD연구실

그래핀의 전송선 적용에 대한 실용화 위한 연구 진행
현재 NEMD연구실은 나노 공진기에 관한 제조 및 상용화 기술을 확보하고 있으며 산학 프로젝트로써 그래핀의 전송선 적용에 대한 실용화를 목표로 연구를 진행하고 있다. 전성찬 교수는 “그래핀 고주파 전송선 적용에 관한 연구를 진행하는 동안 그래핀이 우수한 물리적 특성을 가지고 있지만 상용화에 대한 어려움이 아쉬운 부분이었다”면서 “그래핀의 상용화를 좀 더 앞당길 수 있는 방안으로 제시되고 있는 산화그래핀(Graphene oxide)이라는 그래핀 관련 물질로 전송선 적용에 대한 연구를 진행하고 있다”고 덧붙였다. NEMD 연구실의 연구를 통해 산화그래핀이 금속인 금보다도 고주파 전송 특성에 있어 우수하다는 결과가 발표되었으며 이 연구결과의 우수성이 입증되어 Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology에 research highlighted되었으며 또한 Nature지에 온라인 저널로 발표되는 Nature Publishing group(NPG)-Asia Material의 2011년 1월호에 research highlighted로 선정되어 소개되기도 했다. 한편 NEMD연구실에서는 포도당을 이용한 바이오센서의 활발한 연구가 진행 중이다. NEMD연구실의 전성찬 교수는 “이러한 바이오센서는 미세전자제어기술 등으로 불리는 것으로, 반도체 공정기술을 기반으로 하는 나노테크놀로지라는 초소형, 초고밀도 집적회로의 기술을 접목하여 기존에 알려져 있는 기술에 보다 효과적인 센서의 구조를 구현할 수 있다”면서 “센서의 최적의 상태를 구현하려는 시도가 이미 상당한 성과를 이루어낸 바가 있으며 이에 한걸음 더 나아가 포도당을 이용한 바이오센서에 최적화에 대한 연구를 중점적으로 추진하고 있다”고 피력했다. NM