반도체 내부구조는 물론 그보다 훨씬 작은 원자 수준의 결함을 관찰할 수 있는 X선 현미경이 국내에서 처음으로 개발됐다.
포스텍(포항공대) 신소재공학과 제정호(49·사진) 교수·이재목(38) 박사 연구팀은 28일 “물체를 통과하는 X선이 남긴 자취를 측정해 머리카락의 10만분의 1에 불과한 원자 배열의 결함까지 관찰할 수 있는 X선 현미경을 개발했다”고 밝혔다.
X선 투시 현미경은 광학 현미경이나 전자 현미경과 달리 대상을 관찰하기 쉽게 자르거나 가공할 필요 없이 그대로 놓고 살펴볼 수 있어 차세대 현미경으로 불린다.
하지만 물체 투과력이 높은 X선의 특성 때문에 그동안 원자 수준의 아주 작은 결함이 드러나는 영상을 촬영하려면 별도 장비가 필요했다.
2년간의 연구 끝에 연구팀은 투시 영상과 회절(반사) 영상 촬영이 모두 가능한 원리를 찾아냈다.
X선이 원자들과 부딪친 뒤 반사되면서 남긴 정보를 측정하면 결함을 파악할 수 있다는 것이다. 마치 햇빛이 만든 그림자를 보고 사람의 존재를 알아내는 것과 같은 방식이다.
제 교수는 “실험 환경과 시료 두께, 크기 등의 제약 없이 수 nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m)∼수 μm(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m) 크기의 미세한 물체 구조를 관찰할 수 있다”며 “신소재와 차세대 반도체 소재 개발 과정에서 여러 차례 검사해야 하는 번거로움을 줄일 수 있다”고 말했다.
이 연구는 미국에서 발행되는 물리학 분야의 권위지인 ‘응용물리레터(APL)’ 21일자 표지 논문에 실렸다.
박근태 동아사이언스 기자 kunta@donga.com