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선진 주사전자현미경(SEM)의 기초와 응용

전문가 제언: ○ 최근의 주사전자현미경(SEM)은 특별히 저 가속전압영역에서 실효적인 공간분해능이 높게 향상되었으며 특별히 복수의 검출기를 이용해서 종래의 SEM에서 얻지 못한 다양한 미세구조정보를 비교적 쉬게 얻게 되었다. SEM장치의 구조와 특징을 설명하며 관찰사례를 소개한다. 특별히 SEM은 정전기장형 렌즈의 제작으로 1kV이하의 극 저 가속전압에서 가늘게 집속된 전자선탐침이 얻어져 높은 분해능 SEM상을 얻을 수 있으며 작은 대전으로 유리와 같은 비도전성 시료 관찰도 가능하다.

○ SEM은 대단히 정밀한 기기로서 전자빔의 직경을 5nm이하로 작게 줄일 수 있으며 재료의 표면에서 산란 및 회절이 되어서 방출되는 전자를 측정하는 기술은 대단히 향상되었다. 0.1kV ~ 20kV 영역에서 전자 빔의 inlense-SE상은 재료의 종류, 아몰퍼스 및 결정에 따른 일함수(work function)에 대한 자료가 부족한 상태로 기초적인 실험을 통해서 얻어진 실험적인 결과를 SEM에 적용하므로 재료의 표면상태의 콘트라스트 향상에 기여할 수 있을 것이다.

○ 2013년 미국 Transparency Market Research에 의하면 현미경디바이스 세계시장은 2011년 30억 달러에서 2018년에 62억 달러로 성장을 예측했다. 현미경디바이스 세계시장을 리드하는 주요기업은 Hitachi High-Technologies Corp., Carl Zeiss, FEI, JEOL 등이 있다. 국내의 국산화는 2000년대 초반에 한국표준과학연구원 조양구 박사팀에 의해 수행되어 개발된 기술을 2007년 ㈜코셈(COXEM)에 이전, 현재 CX-200TA SEM(배율 : 10만 배, 해상도 3~10nm)등을 생산, 시판하고 있다.

○ SEM은 재료과학, 반도체, 생명과학 등과 같은 나노기술 및 융합기술개발에 필수적인 분석기구로서 세계적으로 수요의 급속한 증가가 예측된다. 국내 코셈이 SEM분석기를 제조하고 있으나 시장의 약 90%이상은 외국제품이다. 포스텍에서 10GeV 전자 싱크로트론 가속기를 건설하고 20년간 활용한 것을 비롯해서 서울대, 포항공대, KAIST 등에서 전자빔 공학에 대해 상당한 실적을 얻고 있다. 국내 SEM산업의 성능의 향상을 위해서 산학공동의 기술개발로 국내시장 점유율의 향상이 필요하다. 또한 국내 실력 있는 벤쳐의 고성능 SEM 개발도전이 기대된다.

저자: Masaru ITAKURA
자료유형: 학술정보