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국산 현미경 기술자립 가속화...에너지 분석기 원천기술 개발
국산 현미경 기술자립 가속화...에너지 분석기 원천기술 개발
  • 임현재 기자
  • 승인 2019.11.27 09:40
  • 댓글 0
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에너지 분석기 실제 이미지

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열)이 첨단 현미경의 기술자립을 가속화할 핵심 기반기술인 에너지 분석기를 국산화하는 데 성공했다.

KRISS 첨단측정장비연구소 박인용 책임연구원팀은 전자 및 이온 현미경의 광원인 하전입자* 빔의 에너지 분포를 측정할 수 있는 원천기술을 개발했다. KRISS가 신규 개발한 에너지 분석기는 기존 기술보다 매우 작고 간단한 구조임에도 월등한 측정 정확도를 자랑한다.

이번 기술을 통해, 외국 장비회사가 주도하고 있는 고부가가치의 현미경 산업을 뼈대부터 국산화할 수 있는 기반이 확립될 전망이다.

전자현미경, 이온현미경과 같이 나노미터 급의 분해능을 자랑하는 첨단 현미경은 소재, 부품, 바이오 등 다방면의 과학기술에 없어서는 안 될 만능 장비로 활용되고 있다. 하지만 이런 중요성에도 불구하고 현미경 산업은 아직 일본과 같은 외산 장비의 의존도가 높은 것이 현실이다.

에너지 분석기는 다양한 현미경 관련 기술 중에서도 높은 공간 분해능을 구현하기 위한 필수 기술로 손꼽힌다. 에너지 분석기는 광원의 에너지 폭이 얼마나 넓고 좁은지 정확히 측정할 수 있는 기술이다. 전자나 이온과 같은 현미경의 광원은 특성에 따라 유한한 에너지 폭을 갖는데, 고분해능 현미경일수록 에너지 폭을 좁게 설계하고 구현한 다음 검증해야 한다.

좁아져가는 에너지 폭을 측정할 고도화된 분석기가 필요하지만, 기존의 외국산 장비는 촘촘한 그리드 전극을 사용하여 전극이 하전입자와 충돌하는 현상이 발생했다. 이 경우, 전극이 오염 및 손상되어 신호가 왜곡되고 측정 성능이 저하됐다. 신호 수집 효율과 측정 정확도가 높은 반구 형태의 분석기도 있었지만, 구조가 복잡하고 가격이 매우 고가였다.

KRISS 박인용 책임연구원팀은 시뮬레이션과 이론적 계산을 통해 기존 형태와 전혀 다른 원통형 전극을 개발, 에너지 분석기의 근본적인 문제 요인을 해결하는 데 성공했다. 하전입자와 전극이 충돌하는 문제를 구조적으로 해결한 것이다. 연구팀은 정전 렌즈를 사용하여 성능 저하의 주된 원인인 전극 내부 불균일한 전위를 최소화하는 데에도 성공했다.

이번 기술은 반구형 분석기 급의 우수한 성능은 물론, 크기는 5분의 1 수준으로 작아졌고 가격은 수백만 원으로 저렴해져 수천만 원에서 수억 원의 외산장비를 대체할 것으로 기대된다.

지금까지 연구장비의 국산화율을 높이려는 노력은 계속됐지만, 가장 밑바탕에 자리하는 고부가가치의 설계기술 개발에는 부족함이 많았다. 세계 최고 수준의 에너지 분석기 설계기술을 확보한 이번 성과를 통해 현재 일본, 독일, 미국 중심으로 선점된 연구장비 시장에 순수 국산 기술로 도전장을 내밀 것으로 기대된다.

 

임현재 기자 limhj@hmgp.co.kr

 


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