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표준연, 차세대 헬륨이온현미경 속 '원자 3개 크기' 탐침 생성

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2018년 07월 11일 12:00 프린트하기

현미경은 빛이나 전자 이온 등 광원에 따라 특성이 결정된다. 최근에는 빛이나 전자 현미경으로는 관찰하기 어려운 10㎚(10억분의 1m, 이하 나노미터) 이하의 초정밀 세계를 보기 위해 이온현미경 연구가 한창이다.

 

국내 연구팀이 보다 효율적인 방법으로 차세대 헬륨이온현미경의 해상도(분해능)를 높이는 원천기술을 개발했다.

 

 

다원자 이온원(왼쪽)과 3원자 이온원 장치(오른쪽)의 비교한 그림이다. 3원자 탐침을 구현한 이온빔의 영상이 보다 밝고 선명하다- 한국표준과학연구원 제공
다원자 이온원(왼쪽)과 3원자 이온원 장치(오른쪽)의 비교한 그림이다. 3원자 탐침을 구현한 이온빔의 영상이 보다 밝고 선명하다
- 한국표준과학연구원 제공

 

박인용  한국표준과학연구원(KRISS) 광전자융합장비팀 선임연구원팀은  자체 설계한 이온원(ion source) 장치를 이용해 밝고 선명한 이미지를 얻을 수 있는 원자 3개 크기의 이온빔을 만들었다고 11일 밝혔다.

 

이온빔은 이온으로 된 빔 형태의 입자로, 광학현미경의 빛처럼 물질을 비춰 시야에 보이게 하는 광원 역할을 한다. 이온빔의 분해능을 높이려면 빔이 통과하는 탐침의 면적을 원자 수준으로 최소화해야 한다.

 

하지만 텅스텐으로 정교한 탐침을 만들어도 공기 중에 노출되면 표면에 산화막이 형성돼 면적이 커지는 문제가 있었다. 이를 없애기 위해 산화막을 열처리해 없애는 작업을 추가해 면적을 재차 줄여야 했다.

 

연구팀은 산화막이 포함된 절연층을 열처리하는 대신 산소를 이용해 깍아 더 뾰족하게 만드는데 성공했다. 고온 가열 장비가 필요없기 때문에 훨씬 간단하면서도 효율적으로 세계적 수준의 이온빔을 생성할 수 있다.

 

박 선임연구원은 “극소수의 외국기업만 원자 3개수준의 탐침기술을 적용한 현미경을 생산하는 상황에서 이번에 국내 기술로  세계적 기술 수준을 따라잡은 것”이라며 “(향후) 탐침의 원자 수를 1개로 줄여 세 배 이상 밝은 탐침을 구현하도록 연구를 이어가겠다”고 말했다.

 

이 연구는 지난 6월 학술지 ‘울트라마이크로스코피 (Ultramicroscopy)’ 온라인판에 게재되었다.

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