KAIST, 엑스선 영상기술 해상도 한계 극복

기사내용 요약
입사 엑스선 회절시켜 무작위적인 회절패턴 생성
엑스선 나노 현미경으로 반도체 내부진단 길 열어
나노 시료의 내부구조를 비침습적으로 검수 가능

[대전=뉴시스] KAIST서 제안한 무작위 렌즈 기반 영상기법으로 측정된 엑스선 나노 현미경 영상(아래)과 해당 위치의 표면전자현미경 영상(위). *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 물리학과 박용근 교수팀이 포항가속기연구소 임준 박사 연구팀과 공동연구를 통해 기존 엑스선 현미경의 해상도 한계를 극복해 반도체 내부진단까지 가능한 원천기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

엑스선 나노 현미경은 굴절렌즈가 없어 렌즈 대용으로 원형모양의 격자인 동심원 회절판(zone plate)을 사용한다. 이 회절판을 사용해 얻어지는 영상의 해상도는 회절판 나노구조의 품질에 의해 결정된다.

연구팀이 이번에 개발한 엑스선 렌즈는 얇은 텅스텐 필름에 수많은 구멍을 뚫은 형태로, 입사되는 엑스선을 회절시켜 무작위적인 회절패턴을 생성시킨다.

또 연구팀은 이 무작위적 회절패턴 속에 시료의 고해상도 정보가 온전하게 들어있는 것을 수학적으로 규명하고 시료 정보를 추출해 영상화하는데 성공했다.

무작위 회절의 수학적 성질을 활용한 영상기법은 지난 2016년 KAIST 이겨레 박사와 박용근 교수가 세계 최초로 제안하고 가시광 대역에서 구현한 기술이다. 이번에 선행연구 결과를 엑스선 영역의 난제를 해결하는데 활용했다.

연구팀은 300나노미터(㎚) 지름의 원형 패턴으로 제작한 무작위 렌즈를 활용해 14㎚ 해상도의 영상을 확보했다.

연구팀이 개발한 영상기술은 기존 동심원 회절판 제작상의 난제를 해결, 엑스선 나노 현미경 해상도를 크게 끌어 올릴 수 있는 핵심 기반 기술이다.

KAIST 물리학과 이겨레 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 광학 및 광자학의 세계적인 학술지인 '라이트:사이언스 앤 어플리케이션(Light:Science and Application)'에 지난 7일자로 실렸다.(논문명: Direct high-resolution X-ray imaging exploiting pseudorandomness).

이겨레 박사는 "이번 연구는 14㎚ 해상도에 그쳤지만 차세대 엑스선 광원과 고성능 엑스선 검출기를 활용한다면 전자현미경의 해상도 수준인 1㎚까지 근접할 수 있을 것"이라며 "전자현미경과는 달리 엑스선은 시료를 훼손하지 않으면서 내부구조를 관찰할 수 있어 반도체 검수와 같은 비침습적 나노구조 관찰에 새로운 표준을 제시할 수 있을 것이다"고 말했다.

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