한국기초과학지원연구원(KBSI·원장 신형식)이 전량 수입에 의존해 온 이차이온질량분석기의 핵심요소인 기체클러스터 이온빔장치를 국내 최초로 개발했다.
공식 성능 테스트를 통해 분당 5나노미터 수준의 시료 표면가공정밀도(스퍼터율)를 달성, ‘3차원 분자영상질량분석기’ 개발에 한 걸음 더 다가섰다.
연구장비개발부 최명철 박사 연구팀이 개발한 기체클러스터 이온빔 장치는 ‘이차이온 질량분석기’ 국산화의 핵심요소로, 이온빔을 시료에 쏘아 이차이온을 일정하게 생성시키는 역할을 한다. 이 같이 생성된 이차이온의 질량을 분석해 시료의 화학적 조성을 유추하는 것이 ‘이차이온 질량분석기’의 원리이다.
기체클러스터 이온빔 장치의 경우 지난 8일 한국생산기술연구원 입회하에 진행된 OLED 시료가공 테스트에서 분당 5나노미터(nm:10억분의 1m)의 표면가공정밀도를 기록했다. 이는 현재 국내외에서 사용되는 외산 최첨단 이차이온 질량분석장비의 클러스터 이온빔과 유사한 수준의 성능이다.
이온 빔의 표면가공정밀도는 표면질량분석장비의 성능을 평가하는 핵심지표로 분석의 정확도(공간 분해능)와 직결된다.
이번 이온빔 장치 개발을 통해 KBSI가 완성하고자 하는 ‘3차원 분자영상질량분석기’는 ‘이차이온질량분석기’의 일종으로, OLED(유기발광다이오드), 미세플라스틱 등 유기물질과 생체시료의 3차원 화학영상 분석을 목적으로 하고 있다.
연구팀은 외산 연구장비의 국산화에 그치지 않고, 관련 기술을 고도화해 기존 질량분석장비들의 한계를 뛰어넘는 세계 최고 수준의 질량분석장비를 완성할 계획이다. 또 이온빔 장비에 대한 원천기술과 수행 중인 ‘3차원 분자영상 질량분석기’의 사업화도 병행해 기업의 빠른 시장 진출도 도울 계획이다.
사업화에 있어서는 KBSI의 연구소기업 ‘와이엔디케이(대표 복민갑)’가 공동으로 연구에 참여하고 있는 만큼 사업화에 최적화된 형태로 연구를 수행하고 있어 사업화 시기를 최대한 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
KBSI 최명철 책임연구원은 "연구계·산업계를 막론하고 국내에서 활용되는 모든 질량분석기는 전량 독일, 영국 등에서 수입하는 실정"이라며 "반도체 분석, 소재개발, 환경분석 등 다양한 분야에서 활용되는 연구장비인 만큼 국산화를 위한 노력이 꼭 필요하다고 생각해 관련 연구를 시작하게 됐다"고 말했다.
KBSI 최창민 선임연구원은 "기체클러스터 이온빔 기술은 질량분석장비만이 아니라 광전자분광기 등 여타 표면분석장비와 표면가공 산업분야에도 폭넓게 활용될 수 있는 원천기술로 다양한 형태로 사업화가 가능하다"고 설명했다.
