[충청뉴스 이성현 기자] 한국기초과학지원연구원(KBSI)은 연구장비개발부 최명철 박사 연구팀이 혼합된 기체를 활용한 기체 클러스터 이온빔 장치를 개발하고, 이차이온 질량분석기에 결합해 성능을 개선하는데 성공했다고 10일 밝혔다.
기체 클러스터 이온빔(gas cluster ion beam)은 고압의 불활성 기체를 클러스터로 변환해 이온빔으로 출력함으로써, 분석할 시료를 식각 및 이온화시키는 역할하는 분석용 이온빔이다.
이번에 개발한 혼합기체 클러스터 이온빔은 혼합기체를 섞는 비율에 따라 분석하고자 하는 시료의 특성에 맞게, 사용자가 원하는 분해능으로 최적화된 질량이미징 분석을 가능하게 한다. 연구장비 시장에서 새로운 경쟁력을 갖춘 핵심기술로 평가받을 것으로 전망되고 있다.
특히 유기물을 사용하는 OLED 디스플레이나 생체조직 분석 등에 꼭 필요한 기술로, 최근 이온빔 기술의 성능향상 연구가 선진국을 중심으로 활발히 진행 중이지만, 아직 완성된 이온빔 기술은 전무한 실정이다.
이번에 개발한 기술은 혼합기체를 사용해 이온빔을 생성하는 방식으로, 기존에 아르곤 기체만 써왔던 순수기체 클러스터 방식과 차이가 있다. 혼합하는 기체의 종류와 섞는 비율에 따라 생성되는 이온빔의 출력, 크기가 달라지게 됨으로써, 이온빔 장치의 분석특성 및 성능에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 알 수 있었다.
연구 결과 아르곤 대비 15%의 이산화탄소를 혼합했을 때, 공간분해능, 감도, 표면가공정밀도 등 분석특성 전반에 걸쳐 이온빔의 성능이 획기적으로 향상되는 것으로 나타났다.
또 아르곤 대비 이산화탄소의 비율이 높을수록 이온빔의 공간분해능이 기존 단일기체를 사용한 이온빔 보다 30% 이상 개선됐으며, 표면가공정밀도는 5배 이상 향상된 성능을 확보할 수 있었다.
아울러 질량분석장비의 가장 중요한 성능지표인 질량분석 감도는 아르곤 대비 15%의 이산화탄소 혼합비율에서 250% 이상 증가하는 것으로 나타났다.
KBSI 최명철 박사는 “이번에 개발한 혼합기체 클러스터 이온빔 장치는 기존의 전통적인 방식을 한 단계 끌어올린 신기술로, 유기물 및 생체 등 초정밀 시료의 질량이미징 분석을 가능하게 한 점에서 의미가 크다”며 “2021년 국내특허 등록을 완료했고, 현재 전문기업에 기술이전 추진 등 앞으로 사업화 성과가 기대된다”고 설명했다.
신형식 원장은 “KBSI는 연구현장에서 꼭 필요하지만 수입에만 의존해야했던 기초과학연구에 있어서 중요한 기반인 연구장비의 핵심기술 개발과 국산화를 위한 연구를 수행 중”이라며 “이번 연구결과도 향후 이차이온질량분석장비 및 새로운 표면처리장비 개발에 핵심적인 연구장비로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
