'메타렌즈' 대량생산 가능성 제시한 연구자 '이달의 과학기술인상'

[이데일리 강민구 기자] 초박막 메타렌즈를 대량 생산해 초소형 광학기기 개발 가능성을 제시한 연구자가 공로를 인정받았다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 ‘이달의 과학기술인상’ 7월 수상자로 노준석 포항공대(POSTECH) 기계공학과 교수를 선정했다.

노준석 교수.(사진=과학기술정보통신부)

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 주는 상이다.

메타렌즈는 파장보다 작은 나노구조체 배열로 이뤄진 평면 광학소자를 뜻한다. 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 두께로 경량화에 유리하고 높은 고해상도 이미징이 가능하다.

메타렌즈는 아주 얇으면서 빛을 원하는 만큼 원하는 방향으로 자유롭게 조절할 수 있어 초고분해능 현미경, 음굴절 물질, 스텔스 기술에도 응용될 수 있는 미래기술이다.

하지만 메타렌즈는 나노구조체로 이뤄져 관련 공정을 위해서는 고해상도 패터닝 기술이 필요하다. 이러한 기술은 공정 속도가 느리고 생산 단가가 높아 연구용의 소형 메타렌즈 소량 공정만 가능하고 대량 생산과 상용화에는 한계가 있었다.

노준석 교수는 소재 부분의 난제였던 초고가 고굴절 소재를 대체하기 위해 기존 폴리머에 고굴절 원자층 박막을 20나노미터(nm) 정도로 매우 얇게 코팅해 렌즈 효율을 10%에서 90%까지 높일 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 생산하는 기술을 개발하고, 생산 단가를 기존 대비 300분의 1 수준으로 낮췄다.

이렇게 대량 생산된 고효율 메타렌즈는 가상현실(VR)·증강현실(AR)·혼합현실(MR)기기를 얇고 가볍게 더 좋은 성능으로 만들 수 있다. 기존 굴절 광학계와 회절 광학계를 대체할 가능성도 높였다. 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 머터리얼즈(Nature Materials)’에 지난해 3월 게재됐다.

노준석 교수는 “미래 광학 기술의 핵심인 가시광선 영역의 메타렌즈 대량 생산에 성공한 연구”라며 “앞으로 공상과학 영화에서나 볼 수 있었던 초소형 증강현실 안경과 초현실 홀로그래피와 같은 미래 광학기기 개발에 선도적인 역할을 하겠다”고 소감을 전했다.