7월 과학기술인상, ‘초박막 메타렌즈 대량생산’ 성공한 노준석 교수 선정

▲과학기술정보통신부는 한국연구재단과 '이달의 과학기술인상' 7월 수상자로 노준석 포항공대학교 기계공학과 교수를 선정했다고 3일 밝혔다. 사진은 노준석 포항공대 기계공학과 교수. (사진제공=과학기술정보통신부)

과학기술정보통신부는 한국연구재단과 '이달의 과학기술인상' 7월 수상자로 노준석 포항공대학교 기계공학과 교수를 선정했다고 3일 밝혔다. 노준석 교수는 하이브리드 고굴절 소재와 나노 공정 기술을 기반으로 초박막 메타렌즈의 대량 생산에 성공했다.

이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구 개발자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만 원을 수여하는 상이다.

과기정통부와 연구재단은 노 교수가 하이브리드 고굴절 소재와 나노 공정 기술을 기반으로 초박막 메타렌즈의 대량 생산에 성공해 초소형 광학기기 개발의 새로운 가능성을 제시한 공로를 높이 평가했다. 메타렌즈는 파장보다 작은 나노구조체의 배열로 이뤄진 평면 광학소자다. 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 두께로 경량화에 유리하고 높은 고해상도 이미징 등이 가능하다.

메타렌즈는 아주 얇으면서 빛을 원하는 만큼 원하는 방향으로 자유롭게 조절할 수 있어 초고분해능 현미경, 음굴절 물질, 스텔스 기술 등 혁신적인 첨단 분야에 응용될 수 있는 미래 기술로 꼽힌다.

그러나 나노구조체 관련 공정에 필요한 고해상도 패터닝 기술로 인해 상용화에는 한계가 있었다. 고해상도 패터닝 기술은 공정 속도가 느리고 생산 단가가 높아 연구용의 소형 메타렌즈의 소량 공정만 가능했기 때문이다.

이에 노 교수는 소재 부분의 '난제'였던 초고가의 고굴절 소재를 대체하기 위해 기존 폴리머에 고굴절 원자층 박막을 20나노미터(nm) 정도로 매우 얇게 코팅했다. 이를 통해 렌즈 효율을 10%에서 90%까지 끌어올릴 수 있는 하이브리드 고굴절 소재를 구현했다.

공정 부분에서는 전자빔 리소그래피, 포토 리소그래피, 나노 임프린트 리소그래피 등 3가지 나노 공정 기술을 복합적으로 사용해 가시광선 영역에서 작동하는 메타렌즈를 12인치 웨이퍼에 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술로 생산 단가를 기존 대비 300분의 1 수준으로 낮출 수 있었다.

이렇게 대량 생산된 고효율의 메타렌즈는 가상현실(VR)·증강현실(AR)·혼합현실(MR)기기를 더 좋은 성능으로 얇고 가볍게 개발하고, 기존 굴절 광학계 및 회절 광학계를 대체할 수 있는 가능성을 높였다는 평가다. 관련 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 머터리얼즈(Nature Materials)’에 지난해 3월 게재됐다.

노 교수는 “메타렌즈는 2019년 다보스포럼에서 혁신성을 인정받아 세계10대 기술로 뽑혔지만, 비싼 가격으로 제조혁신이 요구됐다”라며 “이번 연구는 미래 광학 기술의 핵심인 가시광선 영역의 메타렌즈 대량 생산을 세계 최초로 성공한 데 의의가 있다”고 말했다. 이어 “앞으로 공상과학 영화에서나 볼 수 있었던 초소형 증강현실 안경과 초현실 홀로그래피와 같은 미래 광학기기 개발에 선도적인 역할을 수행할 것”이라고 했다.