표준연, 복잡한 이리듐 팁 제작기술 개선
부식에 강하고 높은 각전류밀도 생성
공정·장비 단순화…재생성 횟수 늘려
첨단 소자 개발·반도체 공정에도 활용
우리 연구진이 이온현미경 성능을 끌어올릴 수 있는 이온빔 생성 원천기술 개발에 성공했다. 고성능 이온현미경 개발에 기여할 전망이다.
한국표준과학연구원(원장 박현민)은 박인용 첨단측정장비연구소 책임연구원팀, 권지환 소재융합측정연구소팀이 가장 선도적인 이온빔 생성기술을 개발하는 성과를 냈다고 26일 밝혔다.
이온현미경은 나노미터(㎚)급 분해능을 가진 첨단현미경이다. 소재·부품·바이오 등 여러 과학기술에 필요하다. 하지만 현미경 산업은 외산 장비 의존도가 높아 국산 이온현미경 개발이 시급한 상황이다.
이온빔 생성기술은 하전입자빔을 이용해 영상을 얻거나 성분을 분석하는 장비에서 심장에 해당한다. 고품질 이온빔을 생성하고 장비에 적용하는 것이 매우 중요하다.
이온빔 생성 팁(끝이 날카로운 소재) 재료로 주로 쓰인 텅스텐은 산소 노출 시 부식이 심각하다. 기존에는 팁 끝에 부식되지 않는 이리듐(Ir) 원자만 몇 개 남기기 위해 복잡한 화학처리와 가열공정을 거쳐야 했다. 재생 횟수도 매우 제한적이었다.
연구진은 이온원 탐침 끝 Ir을 3원자 이내로 제작, 높은 각전류밀도 이온빔을 만드는 기술을 개발했다. 공정과 장비가 단순화돼 제작 성공률은 높이고 팁 사용기간을 결정하는 재생성(가공) 횟수를 획기적으로 늘렸다.
전기화학적 방법으로 20㎚ 곡률반경 텅스텐 팁을 만들고 이 팁에 Ir을 증착, 진공 중에서 가열하는 간단한 공정을 썼다. 또 팁이 무뎌지면 다시 1000켈빈(K) 으로 가열해 30회 이상 재생성 됨을 증명했다.
이 기술로 이온빔 가공기를 개발하면 높은 공간분해능으로 패터닝, 증착 등이 가능해 첨단 소자 개발이나 반도체 공정에 필요한 장비 개발에 쓸 수 있다. 특히 세계 수준 고성능 이온현미경 개발이 가능할 전망이다. 이온현미경 자립이 가능해진다.
박인용 책임연구원은 “연구 핵심은 Ir 팁 제작 원천기술로 부식에 강해 가스 종류에 상관없이 안정적이면서 높은 각전류밀도 이온빔을 생성할 수 있다”며 “다양한 분야 국산 연구장비 개발에 활용 가능할 것”이라고 밝혔다.
연구팀은 이번 연구성과를 바탕으로 빔을 더욱 안정화시키고, 정밀한 빔특성분석 후속 연구에 주력할 계획이다.
기관 주요사업으로 수행된 이번 연구성과는 현미경 분야 세계적 학술지인 마이크로스코피 앤드 마이크로어낼리시스(Microscopy and Microanalysis)에 지난 7월 온라인 게재됐다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
