초록 ▼

○ 전자빔을 시료에 2차원적으로 주사하면서 시료를 투과한 전자를 검출하여 결상(imaging)하는 주사투과형 전자현미경(STEM)의 기능은 이미 1970년대에 실험적으로 실증되었었다. 그러나 실용화는 오랫동안 지체되 어 오다가 1990년대 후반에 출현한 전계방츨전자총(FEG, Field Emission Gun)과 2000년 이후에 개발된 수차보정렌즈(abrration corrected lens)의 보급으로 분해능이 비약적으로 향상됨에 따라 본격적으로 이용되기 시작하였다.

○ 비회전 다극자 렌즈를 다단으로

○ 전자빔을 시료에 2차원적으로 주사하면서 시료를 투과한 전자를 검출하여 결상(imaging)하는 주사투과형 전자현미경(STEM)의 기능은 이미 1970년대에 실험적으로 실증되었었다. 그러나 실용화는 오랫동안 지체되 어 오다가 1990년대 후반에 출현한 전계방츨전자총(FEG, Field Emission Gun)과 2000년 이후에 개발된 수차보정렌즈(abrration corrected lens)의 보급으로 분해능이 비약적으로 향상됨에 따라 본격적으로 이용되기 시작하였다.

○ 비회전 다극자 렌즈를 다단으로 구성하여 회전대칭으로 렌즈의 구면수차를 보정하는 기술이 발전함에 따라 STEM의 공간분해능은 0.7Å까지 가능하게 되었고, 깊이 분해능도 ~7㎚ 수준으로 향상되어 원자의 존재 상태를 3차원으로 관찰할 수 있게 되었다. 또한 고각산란암시야(HAADF, high angle annular dark field) 영상은 원자번호(Z)의 제곱에 비례하는 Z콘트라스트를 보이므로 원자번호가 큰 중원소의 관찰에 매우 유리하고 비간섭 결상이므로 이미지 해석이 용이하다.

○ STEM에서는 전자빔 주사에 의해 발생하는 특성X선이나 비탄성 산란전자의 신호와 HAADF 이미지를 동시에 검출할 수 있으므로 원소분석에도 효과적이다. 또 STEM을 EDS와 조합하면 빔 직경과 거의 동일한 공간분해능으로 분석이 가능하며 특성X선 강도에 의해 원소의 2차원 분포에 대한 EDS매핑 이미지를 얻을 수 있으며, EELS와 조합하면 스펙트럼 매핑에 의해 원자단위의 분해능으로 원소분포를 측정할 수도 있다.

○ 구면수차보정 전자현미경은 국내에도 울산과기대, 포항나노기술집적센터 등에 도입되어 재료연구를 위시한 물질분석에 적극적으로 활용되고 있으며 분석기술을 주제로 하는 심포지엄도 개최되고 있다. 이를 이용한 연구결과가 “Nano Letters”를 위시한 저명 국제저널에 게재될 정도로 연구수준도 향상되고 있다. 수차보정의 효과는 분해능의 고도화뿐만 아니라 전자현미경의 범용성을 제고시키고 있으므로 이의 이용이 일부 연구자에 한정되지 않고 기업을 포함하여 폭넓게 활용되기를 기대한다.