KBSI ToF-SIMS 질량분석기 시스템 및 혼합기체 클러스터 이온빔 특성 모식도© 뉴스1

이차이온 질량분석기의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 신개념 기체 클러스터 이온빔 생성기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

국내 기술로 세계최고 성능의 질량분석장비 개발이 가능할 전망이다.

10일 한국기초과학지원연구원(KBSI) 연구장비개발부 최명철 박사 연구팀에 따르면 기체 클러스터 이온빔(gas cluster ion beam)은 고압의 불활성 기체를 클러스터로 변환해 이온빔으로 출력함으로써, 분석할 시료를 식각 및 이온화시키는 역할을 한다.

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.

연구결과, 아르곤 대비 15%의 이산화탄소를 혼합했을 때, 공간분해능, 감도, 표면가공정밀도 등 분석특성 전반에 걸쳐 이온빔의 성능이 획기적으로 향상되는 것으로 나타났다.

아르곤 대비 이산화탄소의 비율이 높을수록 이온빔의 공간분해능이 기존 단일기체를 사용한 이온빔보다 30% 이상 개선됐다.

표면가공정밀도는 5배 이상 향상된 성능을 확보할 수 있었다.

특히, 질량분석장비의 가장 중요한 성능지표인 질량분석 감도는 아르곤 대비 15%의 이산화탄소 혼합비율에서 250% 이상 증가하는 것으로 나타났다.

클러스터 이온빔은 기존의 전통적인 이온빔을 사용했을 때 분석할 수 없었던 분자구조를 갖는 성분 구조 그대로 이온화하여 질량분석이 가능하다.

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 개발된 기술은 암을 비롯한 생체조직 구조분석 및 진단, 신약개발 등 다양한 연구·산업분야에 활용될 수 있다.

한편, 이번 연구성과는 표면분석분야 저명한 학술지인 ‘Appl. Sur. Sci’ 온라인판에 최근 게재됐다.