전량 수입의존 '질량분석장비 핵심요소' 국산화 성공

▲기체클러스터 이온빔 장치 공식 검증(한국생산기술연구원) 진행 모습 (한국기초과학지원연구원(KBSI) 제공)

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 전량 수입에 의존해온 ‘이차이온 질량분석기’의 핵심요소인 기체 클러스터 이온빔 장치를 국내 최초로 개발했다고 16일 밝혔다.

연구원은 공식 성능 테스트를 통해 분당 5나노미터 수준의 시료 표면가공 정밀도(스퍼터율)를 달성함에 따라, ‘3차원 분자 영상 질량분석기’ 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 설명이다.

KBSI 연구장비개발부 최명철 박사 연구팀이 개발한 기체 클러스터 이온 빔 장치는 ‘이차이온 질량분석기’ 국산화의 핵심요소로서, 이온 빔을 시료에 쏘아 이차 이온을 일정하게 생성시키는 역할을 한다. 이렇게 생성된 이차이온의 질량을 분석해 시료의 화학적 조성을 유추하는 것이 ‘이차이온 질량분석기’의 원리다.

이번에 개발된 기체 클러스터 이온 빔 장치는 지난 8일 한국생산기술연구원 입회하에 진행된 OLED 시료 가공 테스트 결과 분당 5나노미터(nm:10억분의 1m)의 표면가공정밀도를 기록했다. 이는 현재 국내외에서 사용되는 외산 최첨단 이차이온 질량분석장비의 클러스터 이온빔과 유사한 수준의 수치다. 이온 빔의 표면가공정밀도는 표면 질량분석장비의 성능을 평가하는 핵심지표로서 분석의 정확도(공간 분해능)와 직결된다.

이번 이온빔 장치 개발을 통해 연구원이 완성하고자 하는 ‘3차원 분자 영상 질량분석기’는 ‘이차이온 질량분석기’의 일종으로, OLED(유기발광다이오드), 미세플라스틱 등 유기물질과 생체시료의 3차원 화학 영상 분석을 목적으로 하고 있다.

KBSI 최명철 책임연구원은 "연구계·산업계를 막론하고 국내에서 활용되는 모든 질량분석기는 전량 독일, 영국 등에서 수입하는 실정"이라며 "반도체 분석, 소재개발, 환경 분석 등 다양한 분야에서 활용되는 연구장비인 만큼 국산화를 위한 노력이 꼭 필요하다고 생각해 관련 연구를 시작하게 됐다"고 말했다.

연구팀은 외산 연구장비의 국산화에 그치지 않고, 관련 기술을 고도화하여 기존 질량분석장비들의 한계를 뛰어넘는 세계 최고 수준의 질량분석장비를 완성할 계획이다. 또한 이온빔 장비에 대한 원천기술과, 수행 중인 ‘3차원 분자 영상 질량분석기’의 사업화도 병행해 기업의 빠른 시장 진출도 도울 계획이다. 사업화에 있어서는 KBSI 연구소기업인 '와이엔디케이'가 공동으로 연구에 참여하고 있다.

한국기초과학지원연구원 신형식 원장은 "KBSI는 우리나라 첨단연구시설장비의 컨트롤 타워로서, 축적해온 산학연 네트워크를 통해 연구장비에 대한 국가적 수요를 정확히 진단하고 있다"며 "연구장비의 외산 의존이 하루아침에 해소될 수 없지만, KBSI는 연구현장에서 활용도가 높지만 수입 의존 비율이 높거나, 잠재적인 시장규모가 큰 연구장비 위주로 지난 2015년부터 독자 기술 개발과 국산화 연구를 수행하고 있다"고 강조했다.