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100% 국산 기술로 고분해능 현미경 제작 첫걸음

표준연, 에너지 분석기 원천기술 개발
5분의 1 크기, 수천만 원 장비 대체 기대
100% 국산 기술로 더 우수한 성능의 현미경을 만들 길이 열렸다.

한국표준과학연구원(원장 박상열)은 박인용 첨단측정장비연구소 박사팀이 첨단 현미경의 기반 기술인 에너지 분석기를 개발했다고 28일 밝혔다. 

에너지 분석기는 현미경 관련 기술 중 높은 공간 분해능을 구현하기 위한 필수 기술로 꼽힌다. 이 장비는 전자·이온 현미경의 광원의 에너지 폭이 얼마나 넓고 좁은지 측정한다. 전자나 이온과 같은 현미경의 광원은 특성에 따라 유한한 에너지 폭을 갖는다. 고분해능 현미경일수록 에너지 폭을 좁게 설계하고 구현한 다음 검증해야 한다.

좁아져 가는 에너지 폭을 측정할 고도화된 분석기가 필요하지만, 기존 외국산 장비에서는 전극이 하전입자와 충돌하는 현상이 발생했다. 이 경우 전극이 오염 또는 손상되어 신호가 왜곡되고 측정 성능이 저하됐다. 신호 수집 효율과 측정 정확도가 높은 반구 형태의 분석기는 구조가 복잡하고 고가다.

연구팀은 시뮬레이션과 이론적 계산을 통해 기존과 전혀 다른 원통형 전극을 개발, 하전입자와 전극이 충돌하는 문제를 해결했다. 정전 렌즈를 사용해 성능 저하의 주된 원인인 전극 내 불균일한 전위도 최소화했다.

원통형 에너지 분석기의 설계도과 실물. <사진=표준연 제공>원통형 에너지 분석기의 설계도과 실물. <사진=표준연 제공>

연구팀의 에너지 분석기는 반구형 분석기 급의 우수한 성능은 물론, 기존의 5분의 1 크기이며 수백만 원으로 저렴하다. 이 장비는 수천만 원에서 수억 원의 외산 장비를 대체할 것으로 기대된다.

박인용 박사는 "미세한 반도체의 선폭, 재료, 바이오 분석 등에 사용하는 고분해능 현미경 구현에 필수적인 기술"이라며 "해외의 것을 가져와 완제품을 만드는 국산화가 아닌, 완전한 국산 기술을 사용했다"고 말했다.

연구 결과는 울트라마이크로스코피(Ultramicroscopy)에 실렸다.

박인용 박사(오른쪽)가 에너지 분석기를 진공장비에 장착하고 있다. <사진=표준연 제공>박인용 박사(오른쪽)가 에너지 분석기를 진공장비에 장착하고 있다. <사진=표준연 제공>
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