[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 전자 소자 내부의 미세한 열 흐름을 나노미터 수준에서 선명하게 관찰할 수 있는 초고분해능 열영상 기술을 개발해 주목된다.
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 연구장비개발부 장기수 박사 연구팀이 기존 기술로는 볼 수 없었던 동작 중인 100 nm(0.1 μm) 선폭 전자 소자의 열분포를 직접 이미징할 수 있는 신개념 열영상 현미경 시스템인 ‘주사 광학 탐침 열반사 현미경(SPTRM)' 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.
연구팀이 개발한 SPTRM은 시료에 접촉하지 않는 비접촉 방식으로 미세·취약 구조의 변형이나 손상 없이 열영상을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
또 전기적 신호를 직접 검출하는 방식이 아닌 온도 변화에 따른 반사율 변화를 측정하는 광학 기반 기술로, 소자 동작 시 흐르는 전류나 인가전압이 측정 신호에 간섭을 일으키는 전기적 영향을 원천적으로 차단 가능하다.
SPTRM은 광학 회절 한계를 뛰어넘기 위해 전단력(튜닝 포크) 피드백 방식으로 50nm 개구부의 광섬유 탐침을 측정 시료 표면에 근접시켜 광섬유 개구부에서 나오는 빛의 회절을 최소화했다.
그러면서 시료 표면에서 반사된 빛은 같은 광섬유를 통해 수집되며, 온도에 따른 반사 신호의 변화를 분석해 초고분해능 열영상을 얻었다.
연구팀은 동일한 광섬유로 빛을 조사·수광하는 구조를 세계 최초로 적용해 정렬 오차와 신호 손실을 크게 줄였고, 그 결과 나노미터급 발열체의 실제 열분포 이미징에 성공했다.
실제 실험 결과 동일 조건에서 적외선 카메라로는 식별할 수 없었던 선폭 100nm 박막 발열체의 열분포를 SPTRM에서는 명확히 관찰되며 기술의 우수성을 입증했다.
또 시료 재질에 따라 최적 파장을 선택해 높은 민감도로 측정할 수 있어 순물질 및 화합물 반도체 소자 개발에서 폭넓게 활용 가능하다.
장기수 박사는 “소자에 닿지 않고 열분포를 이미징하기 때문에 안전하고 측정 신뢰도가 높다. 앞으로 반도체 공정 불량 탐지, 전자기기 신뢰성 평가에 널리 쓰이길 기대한다”며 “연구장비의 상용화 가능성도 높다고 판단하여 관련 특허 출원도 완료했다”고 설명했다.
