다중탐침을 이용한 이진 상태 주사 탐침 현미경 이미징 구조 개념도(연세대 신소재공학과 심우영 교수 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 주사 탐침 현미경(SPM)에 100여개의 탐침어레이를 도입해 현미경의 성능을 더욱 높이는데 성공했다. 28일 한국연구재단에 따르면 연세대 신소재공학과 심우영 교수 연구팀이 캔틸레버 없이 간단한 탐침 구조를 이용한 다중 탐침 '주사 탐침 현미경'을 개발했다.
캔틸레버는 탐침의 지지대 역할을 하는 긴 판상 형태의 구조물을 말한다.

주사 탐침 현미경은 뾰족한 탐침을 이용해 시료를 훑으며 표면의 미세한 3D 형상을 측정하는 장비다.

이는 단일 원자 수준의 높은 분해능을 장점으로 현재 나노과학의 핵심 측정 기술로 활용되고 있다.

하지만, 기존 주사 탐침 현미경은 하나의 탐침으로 전체 표면을 측정하는 특성상 측정 면적과 속도가 제한적인 단점이 있어 산업적으로 활용되기에는 제약이 있었다.

측정 면적을 넓히기 위해서는 탐침의 개수 또한 늘려야 하지만, 기존의 캔틸레버 기반 탐침은 구조가 복잡해 여러 개의 탐침으로 제작하기가 어려웠다. 이에 연구팀은 캔틸레버가 없는 간단한 구조의 다중 탐침 어레이(Cantilever-free tip array)와 이를 표면 측정에 활용할 수 있는 이진 상태 주사 탐침 현미경(Binary-state probe microscopy, BSPM) 기법을 통해 대면적 측정까지 가능한 다중 탐침 주사 탐침 현미경을 개발했다.

기존 다중 탐침 주사 탐침 현미경은 탐침과 표면간의 상호작용을 연속적인 값으로 감지하여 측정하는 방식을 가지고 있어 이를 수행할 캔틸레버 구조가 반드시 필요했다.

이에 연구팀은 표면과의 접촉 또는 비접촉 두 가지 상태만을 감지해 측정이 가능한 이진 상태 주사 탐침 현미경 기법을 고안, 캔틸레버 없이도 활용할 수 있는 탐침 측정 장비를 개발 한 것이다.

나아가 개발된 현미경이 가진 100여개의 탐침을 동시에 사용해 1㎟ 표면 측정에 성공, 기존 주사 탐침 현미경 기술의 약 100배에 해당하는 넓은 측정 면적을 확인했다.

심우영 교수는 “이번 성과는 주사 탐침 현미경으로 대면적 표면 이미징을 가능하게 한 중요한 연구결과”라며 “소부장(소재·부품·장비)의 원천 기술 확보 차원에서 의미 있는 결과”라고 설명했다.

한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 17일 게재됐다.


km5030@news1.kr