July 16,2018

차세대 현미경 핵심 탐침 원천기술 ‘우리 손안에’

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한국표준과학연구원(KRISS)은 박인용 광전자융합장비팀 선임연구원팀이 자체 설계한 이온 원(ion source) 장치를 이용해 3 원자 탐침에서 이온빔을 만들어 냈다고 11일 밝혔다.

이온빔은 이온으로 된 빔 형태의 입자다.

차세대 현미경으로 손꼽히는 헬륨이온현미경 같은 경우 이온빔을 광원으로 사용한다.

헬륨이온현미경은 ㎚(나노미터) 수준 영상까지 살필 수 있다.

전자현미경으로는 하지 못하는 10㎚ 이하 정밀가공까지 가능하다.

헬륨이온현미경의 높은 분해능을 구현하기 위해서는 이온 원의 정교한 설계가 핵심이다.

이온 원 탐침을 첨예하게 만들어 이온빔이 방출되는 면적을 극도로 좁혀야 더 밝은 이미지를 얻을 수 있기 때문이다.

정교한 탐침의 비결은 끝 부분에 원자의 개수를 최소한으로 남겨두는 데 있다.

현재는 원자 3개 수준의 탐침 기술이 최신이다. 극소수의 외국 기업이 이 기술력을 보유하고 있다.

그런데 탐침 제작을 방해하는 대표적인 요인이 산화막이다.

탐침이 진공환경에 설치되기 전 공기 중에 노출되면 탐침 재료인 텅스텐 표면에 산화막이 형성된다.

기존엔 탐침 온도를 높이는 열처리 클리닝 과정을 거쳐 산화막을 없앴다.

박인용 선임연구원팀은 산화막을 제거하는 대신 역으로 활용해 3 원자 탐침을 개발했다.

산화막이 포함된 절연층을 없애지 않고 외려 절연층 산소를 응용해 탐침을 뾰족하게 만들었다.

이 성과는 국내에서도 세계 최고 수준의 현미경을 만들 수 있는 기반이 구축되었다는 점에서 의미를 가진다.

아울러 기존 장비에서 고온 가열 부분 자체를 배제할 수 있어 훨씬 간단하면서도 효율적으로 이온빔을 생성할 수 있게 됐다.

박인용 선임연구원은 “외산 측정장비에 의존하는 국내 시장 경쟁력을 크게 향상할 것”이라며 “탐침의 원자 수를 1개로 줄여 세 배 이상 밝은 탐침을 구현할 수 있도록 계속 연구하겠다”고 말했다.

연구는 한국연구재단 나노원천기술개발사업 지원을 받아 수행했다.

성과를 담은 논문은 현미경 분야 세계적 학술지 ‘울트라마이크로스코피’(Ultramicroscopy) 6월호 온라인판에 실렸다.

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