기존 대비 3배 이상 정보기록 밀도 구현할 수 있는 자성 나노 패터닝 기술 개발

우리대학교 신소재공학과 홍종일 교수 연구팀이 수소이온을 조사(照射)하는 비파괴 방식의 패터닝 방법을 개발해 기존 대비 3배 이상의 정보기록 밀도를 구현해 냈다. 보편적인 저장매체인 하드디스크 드라이브 제조 공정뿐만 아니라 디스플레이, 반도체 등 전자소자와 웨이브가이드, 회절격자 등 광학소자에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 가속된 수소이온을 산소원자에 빠르게 충돌시켜 원하는 영역의 산소원자만 선택적으로 제거하는 방식으로 8㎚ 이하의 작은 나노패턴을 7㎚ 간격으로 조밀하게 배열하는 기술을 개발했다. 손톱보다 작은 기판 위에서 원하는 패턴대로 깎아내는 복잡한 식각 공정 등을 생략하고 수소이온을 조사(照射)하는 비교적 간단한 방식으로 구조적 손상 없이 패터닝을 할 수 있다. 이를 이용하면 하드디스크 드라이브의 정보저장 밀도를 기존 대비 3배 가량인 3테라비트 이상으로 높일 수 있다는 설명이다. 이는 영화 한편을 1 기가비트(10억 비트)라고 할 때 동전만한 크기에 영화 약 3,000편을 저장할 수 있는 수준이다.

또한 연구팀은 인공격자를 이용해 정보저장에 필요한 자기적 특성을 유지할 수 있도록 했다. 저장매체의 기록밀도를 높이기 위해서는 디지털 신호를 기록하는 자성(磁性) 패턴을 최대한 조밀하게 만들어야 하는데 패턴 크기가 작아지면서 초상자성 효과로 인해 자기적 특성을 잃는 등 어려움이 있었다. 이에 연구팀은 코발트 산화물층과 팔라듐 금속층을 교대로 배치한 인공격자를 이용해 비파괴적으로 환원된 코발트 층의 자기 방향을 평면과 나란한 방향이 아닌 수직한 방향으로 유도함으로써 자성을 잃지 않도록 했다.

 나노분야 국제학술지 ‘ACS Nano’지에 게재

이번 연구는 신소재공학과 홍종일 교수, 김상훈 박사 및 이수길 연구원이 함께 수행했다. 연구결과는 나노분야 국제학술지‘ACS Nano’지 온라인판 4월 22일자에 게재되었다. 논문명은“An Array of Ferromagnetic Nanoislands Nondestructively Patterned via a Local Phase Transformation by Low-Energy Proton Irradiation”이다.

홍종일 교수는 이번 8월에 미국에서 열리는 자기정보 저장매체 분야 국제학회(The Magnetic Recording Conference)에 올해 한국인으로 유일하게 초청 강연자로서 연구결과를 발표할 예정이다.

이번 기술이 상용화되는 것은 1~2년이면 가능할 것으로 본다. 보통 원천기술이 상용화되기까지는 수년에서 10년 이상의 기간이 소요되지만, 이번에 개발된 기술은 기존 공정 인프라를 그대로 적용할 수 있어 상대적으로 빠른 시간 안에 상용화될 것으로 기대된다.

홍 교수는 “개발된 양성자 조사에 의한 비파괴 패터닝 방법을 이용하여 기존 대비 낮은 비용으로 높은 정보저장 밀도를 달성할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업, 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업, 산업통상자원부가 추진하는 원천기술개발사업 및 한국방사광이용자협회와 포항가속기연구소가 추진하는 방사광가속기이용자 공동개발 및 육성사업의 지원으로 수행되었다.