기둥 모양 포토닉스 결정을 세라믹으로 제작

도쿄대학 쿠와바라 마코토 교수 연구팀은 고분자 주형을 이용한 콜로이드 용액․겔법과 드라이 에칭 기술을 조합해 세라믹스로 완성된 기둥 모양 포토닉스 결정을 제작하는데 성공했다. 콜로이드 용액․겔법에 의해 주형 위에 만들어진 여분의 겔 층을 드라이 에칭 기술로 정밀하게 깎아 떨어뜨려, 수백 나노미터 간격으로 겔의 기둥이 규칙 올바르게 배열된 구조를 형성하는 것. 세라믹이 가지는 특성을 살려 새로운 기능을 부여한 포토닉스 결정이 기대된다.

연구팀은 지금까지 실리콘 기판 위에 이산화 티탄이나 티탄산바륨의 세라믹으로 만들어진 포토닉스 결정을 만드는데 성공한 바 있다. 이들은 티탄산지르콘산연(PZT)등의 강유전체나 압전체의 세라믹으로 만들어진 포토닉스 결정을 제작할 계획이다. 예를 들면, 이산화 티탄의 경우, 실리콘 기판 위에 형성된 고분자의 주형에 티탄의 아르코키시드 용액을 부어 넣어 굳힌다. 그 후, 약품으로 주형을 녹인 후 고온에서 구어 세라믹으로 만드는데, 주형을 녹이기 전에 실시하는 드라이 에칭 기술이 포인트가 된다.

이 기술은 불소계의 가스를 이용해 플라스마를 발생시켜, 여분의 겔층을 화학반응으로 없애는 것이다. 이 기술에 의해 여분의 겔층을 50나노미터 정도의 오차 범위 내에서 깍아내는데 성공했다.　이 방법에 의해 세라믹 기둥을 높이가 최장 600나노미터, 직경이 최소 150나노미터, 기둥과 기둥의 사이의 간격은 최단 400나노미터 정도 범위에서 임의로 만들 수 있다.

세라믹 포토닉스 결정은, 예를 들면 PZT의 경우, 전기장을 걸면 빛의 굴절률을 바꿀 수 있는 「가변 포토닉스 결정」실현의 가능성이 있는 등, 지금까지 없는 신기능을 가질 것으로 기대되고 있다.