국내 연구진이 첨단 현미경의 기술자립을 가속화할 핵심 기반기술인 에너지 분석기를 국산화하는 데 성공했다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 KRISS 첨단측정장비연구소 박인용 책임연구원팀이 전자와 이온 현미경의 광원인 하전입자 빔의 에너지 분포를 측정할 수 있는 원천기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

KRISS가 개발한 에너지 분석기는 기존 기술보다 매우 작고 간단한 구조임에도 월등한 측정 정확도를 자랑한다. 이 기술을 통해 외국 장비회사가 주도하고 있는 고부가가치 현미경 산업을 국산화할 수 있는 기반이 확립될 전망이다.

전자현미경과 이온현미경 같이 나노미터 급 분해능을 자랑하는 첨단 현미경은 소재와 부품, 바이오 등 다방면의 과학기술에 없어서는 안 될 만능 장비다. 그러나 현미경은 여전히 일본 같은 외국 기술에 대한 의존도가 매우 높다.

에너지 분석기는 다양한 현미경 관련 기술 중에서도 높은 공간 분해능을 구현하기 위한 필수 기술이다. 에너지 분석기는 광원의 에너지 폭이 얼마나 넓고 좁은지 정확히 측정할 수 있는 기술이다.

전자나 이온 같은 현미경 광원은 특성에 따라 유한한 에너지 폭을 갖는데, 고분해능 현미경일수록 에너지 폭을 좁게 설계하고 구현해 검증한다. 이를 위해서는 고도화 분석기가 필요한데, 기존 외국산 장비는 전극이 하전입자와 충돌하며 신호가 왜곡되고 측정 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 또 이를 해결한 반구형 분석기는 구조가 복잡하고 가격이 매우 고가였다.

KRISS 박인용 책임연구원팀은 시뮬레이션과 이론 계산으로 기존과 형태가 매우 다른 원통형 전극을 개발해 에너지 분석기의 근본 문제를 해결했다. 연구팀은 정전 렌즈를 사용해 성능을 떨어뜨리는 원인인 전극 내부 불균일한 전위를 최소화하는 데에도 성공했다.

이번 기술은 반구형 분석기 급의 우수한 성능을 내면서도 크기는 5분의 1 수준으로 작아졌다. 또 가격은 수백만 원으로 저렴해져 수천만 원에서 수억 원에 달하는 외국산 장비를 대체할 것으로 기대된다.

박인용 책임연구원은 “첨단 분야에 사용하는 고분해능 현미경 구현에 필수 기술”이라며 “더 우수한 성능의 현미경을 100% 국산 기술로 만들 수 있는 길을 열 것”이라고 말했다.

이 연구결과는 울트라마이크로스코피 저널에 11월 게재됐고, 국내외에 특허출원도 마쳤다.