이온빔(ion beam)은 이온으로 된 빔 형태의 입자로, 이온현미경은 이온빔을 광원으로 사용한다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 광전자융합장비팀 박인용 선임연구원팀이 자체 설계한 이온원(ion source) 장치를 이용, 3원자 탐침(probe)에서 이온빔을 생성하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

헬륨이온현미경은 전자현미경 수준인 나노미터 이하의 영상 분해능은 물론, 전자현미경에서 하지 못하는 10 나노미터 이하의 정밀가공까지 가능하다는 점이 특징이다.

헬륨이온현미경의 높은 분해능을 구현하기 위해서는 이온원의 정교한 설계가 핵심이다. 이온원의 탐침을 첨예하게 만들어 이온빔이 방출되는 면적이 극도로 좁아야하기 때문이다.

이처럼 고성능의 이온빔 원천기술은 이온현미경에서 가장 중요한 요소이지만, 기술 난도가 상당히 높아 극소수의 해외 선진 기업만이 원자 3개 수준의 탐침 기술을 적용한 상용현미경을 판매하고 있다.

특히 정교한 탐침 제작을 방해하는 대표적인 요인이 산화막이다. 연구팀은 제거 대상이었던 산화막을 역으로 활용, 3원자 탐침을 개발하는 데 성공했다.

산화막이 포함된 절연층을 열처리로 제거하지 않고, 오히려 절연층의 산소를 응용하여 탐침을 뾰족하게 식각한 것이다.

이번 성과는 이제 국내에서도 세계 최고 수준의 현미경을 만들 수 있는 기반이 구축되었다는 점에서 의미를 가진다.

KRISS 박인용 선임연구원은 “이번에 개발한 장비는 기존 방법보다 단계를 대폭 줄인 이온빔 원천기술이다"며 "외산 측정장비에 의존하고 있는 국내 시장의 경쟁력을 크게 향상시킬 것”이라고 설명했다.