가천대, 83억 들여 수차보정 전자현미경실 개소

가천대학교 바이오나노융합소재 연구센터가 9월 10일 교내 제3학생생활관에서 수차보정 투과전자현미경실 개소식을 열고 운영에 들어갔다. 교육부 '2025년 인프라 고도화 지원과제'로 83억원을 지원받아 구축한 시설이다.

센터는 2025년 4월 이 과제에 최종 선정돼 '원자단위 소자 특성 매핑 특화 수차보정 투과전자현미경' 구축에 나섰고, 2030년까지 정부 지원을 받는다. 인프라 고도화 지원과제는 대학 안의 첨단 연구장비와 기반시설을 전략적으로 고도화해 고부가가치를 낼 수 있는 연구 생태계를 만드는 것을 목표로 하는 국가 연구지원 사업이다.

핵심 장비는 수차보정 주사투과전자현미경(Cs-corrected STEM)이다. 수차보정은 전자렌즈를 지나는 전자빔이 한 점에 모이지 않고 번지는 현상을 바로잡아 분해능을 끌어올리는 기술로, 원자 하나하나를 구분하는 수준의 구조 분석을 가능하게 한다.

서브나노미터급 특성 분석과 오퍼란도 관찰

센터는 이 현미경과 함께 에너지 분산 분광기(EDS, 시료에서 나오는 X선으로 원소의 종류와 양을 알아내는 장비), 전자 에너지 손실 분광기(EELS, 전자가 시료를 지나며 잃은 에너지로 원소의 결합 상태를 읽는 장비), 주사 세차회전 전자회절(SPED), 전자빔 유도 전류 측정 시스템(EBIC)을 갖췄다. 실시간 전압 인가 홀더와 진공 이송 냉각 홀더도 함께 들여, 시료를 공기에 노출시키지 않고 옮기거나 전압을 걸어둔 상태로 관찰할 수 있다. 구축 계획 단계에서 공개된 구성에는 고속 전자빔 측정기(4D-STEM)와 자성 구조를 관찰하는 로렌츠 렌즈, 실시간 자기장 인가 홀더도 포함됐다.

가천대는 이를 통해 국내에서 처음으로 서브나노미터급(1나노미터, 즉 10억분의 1m보다 작은 크기) 반도체 소자의 특성 매핑과 오퍼란도(소자가 실제로 작동하는 상태에서 내부 변화를 관찰·분석하는 방식) 연구가 가능한 분석 기반을 갖췄다고 설명했다. 소재와 소자의 구조뿐 아니라 전기적 특성까지 함께 들여다볼 수 있다는 것이다. 가천대는 이로써 원자 수준의 구조 분석에서 대면적 특성 매핑, 실제 소자 작동환경 분석까지 연구 범위를 넓힐 수 있게 됐다고 밝혔다.

산학연 공동 활용

개소식에는 윤원중 가천대 부총장과 한상윤 바이오나노융합소재 연구센터장, 교육부 과제에 참여한 가천대 연구진이 참석했다. 조규호 EGTM 부사장 겸 연구소장, 이명재 DGIST 연구본부장, 양준모 나노종합기술원(NNFC) 박사, 박성용 삼성종합기술원(SAIT) 분석그룹 파트장 등 반도체·나노 분야 산학연 관계자도 자리를 함께했다.

과제에는 가천대 반도체물리학과 윤상문 교수, 반도체공학과 최두호·이수길·엄기태·진강태 교수, 전자공학과 조의식 교수 등 관련 분야 교수진이 참여했다.

한상윤 센터장은 "구축된 첨단 연구 인프라를 활용해 대학과 연구기관, 기업 간 공동연구를 확대하고 차세대 반도체 소자 및 분석기술 개발을 위한 연구를 본격화할 계획"이라고 말했다.

자료: 가천대학교