전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 에너지

속보

더보기

극자외선 발생 새 경로 밝혀 고정밀 반도체·초고속 분광학 응용

기사입력 : 2018년09월27일 16:15

최종수정 : 2018년09월27일 16:33

IBS 최첨단 레이저로 광(光)물리학 이론 확장

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 빛은 전기장과 자기장이 서로 얽혀 진동하며 나아가는 파동이다. 파동의 길이가 매우 짧은 극자외선은 눈으로 직접 볼 수는 없지만 여러 분야에서 유용하게 사용된다. 

27일 기초과학연구원(IBS·원장 김두철)에 따르면 IBS 김경택 초강력 레이저과학 연구단(광주과학기술원 물리광과학과) 교수팀은 기존 물리 이론으로 설명되지 않은 새로운 극자외선 발생 경로를 규명했다. 

연구결과는 광학 분야 세계적 권위지인 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’ 온라인판에 지난 25일 실렸다.

연구진은 펨토초 레이저를 이용해 헬륨 원자 극자외선의 특성을 분석했고, 이 빛이 좌절된 터널링 이온화를 통해 발생한다는 것을 밝혔다. 좌절된 터널링 이온화를 통해 발생하는 극자외선의 위상은 전자의 운동에 의해 결정된다. 펨토초 레이저를 이용하면 전자 하나하나를 제어할 수 있기 때문에 결국 극자외선의 위상을 제어할 수 있게 된다. 이를 통해 강력한 결맞은 극자외선을 생성할 수 있다. 2018.09.27. [자료=IBS]

연구진은 광원에서 강력한 빛을 가하게 되면 기존의 다중광자흡수 현상과 다른 새로운 경로로 극자외선이 발생한다는 사실을 발견했다. 1000조 분의 1초라는 찰나의 순간에 빛을 가하는 펨토초 레이저를 이용해 발생시킨 극자외선은 기존과 달리 레이저의 위상 변화에 따라 세기와 발생방향이 달라지는 특성을 보였다. 

특히 기존 다중광자흡수 현상은 극자외선 발생 과정에서 광원의 세기가 고려되지 않은 만큼 이번 연구가 광(光)물리학 연구의 근본적인 이해를 넓힌 셈이다. 

나아가 세기와 방향을 조절할 수 있는 극자외선의 특징을 이용함으로써 산업계에서 요구하는 더 강력한 극자외선 광원 개발도 가능하다. 초미세 공정을 통해 초고정밀‧초고성능 반도체 시대를 견인할 수 있다는 의미다.  

극자외선은 파장이 10∼120나노미터(nm‧1nm는 10억 분의 1m)에 불과한 빛을 말한다. 짧은 파장을 이용해 반도체 기판에 회로를 조밀하게 그려내는 극자외선 리소그래피, 나노미터 해상도로 물질을 관측하는 극자외선 이미징에 활용된다. 

극자외선 리소그래피 기술이 본격 상용화되면 반도체의 성능과 전력 효율을 향상시킬 수 있고, 회로 형성을 위한 공정수가 줄어 생산성도 획기적으로 높일 수 있다. 또 극자외선을 쪼여 물질의 물성을 파악하는 분광학 연구에도 유용하게 사용된다. 

하지만 극자외선을 다양한 분야에 활용하려면 결맞음성(Coherence)이 갖춰져야 한다. 인공적인 빛은 원자 내 전자가 높은 에너지 준위에 놓인 ‘들뜬상태(Excited state)’에서 낮은 에너지 준위에 놓인 ‘바닥상태(Ground state)’로 떨어지는 과정에서 발생한다. 이때 원자가 안정화되며 자연적으로 방출된 에너지는 ‘결맞음성’이 없다. 

반면, 별도의 광원을 이용해 원자에 빛을 가하면 입사파와 동일한 진행방향으로 새로운 빛이 유도 방출된다. 레이저나 통신에 사용되는 전자기파는 모두 결맞음성을 지닌다. 결맞은 빛만이 파장을 증폭시킬 수 있어 빛의 세기를 높일 수 있기 때문이다.

지금까지 ‘다중광자흡수(Multiphoton excitation)’ 현상이 ‘결맞은 극자외선’을 생성할 수 있는 유일한 경로로 알려져 있었다. 다중광자흡수는 별도의 광원을 이용해 원자에 빛을 가하면, 원자가 여러 개의 빛 입자(광자)를 동시에 흡수해 들뜬상태가 된 후, 낮은 에너지 상태인 바닥상태로 이동하면서 결맞은 극자외선을 내놓는 현상이다. 

연구진은 원자에서 완전히 분리된 전자들이 펨토초 레이저의 위상 변화에 따라 서로 보강하거나 상쇄하는 간섭 현상을 일으켰고, 이 때문에 ‘좌절된 터널링 이온화(Frustrated Tunneling Ionization· FTI)’ 극자외선의 세기와 발생 방향이 달라지는 것이라고 설명했다. 이는 전자가 분리되지 않는 다중광자흡수 현상으로는 설명하기 어려운 현상이다. 

기초과학연구원(IBS) 김경택 초강력 레이저과학 연구단(광주과학기술원 물리광과학과) 교수 2018.09.27. [사진=IBS]

김경택 교수는 “IBS 연구진이 개발해온 펨토초 레이저는 세계적으로도 극소수의 연구실만이 가지고 있는 최첨단 기술”이라며 “새로운 광원의 발견은 종종 새로운 학문 분야의 탄생으로 이어지는 만큼 이번에 규명한 극자외선이 무궁무진한 관련 연구로 확장될 수 있을 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.

 

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
[단독] 李정부 국정 5개년 책자 나왔다 [서울=뉴스핌] 윤채영 지혜진 기자 = 이재명 정부의 국정운영 5개년 계획이 담긴 책자가 발간된 것으로 20일 확인됐다. 이날 뉴스핌이 확보한 '이재명 정부 국정운영 5개년 계획(안)' 책자에는 123대 국정과제에 대한 주요 내용과 구체적인 입법 방향 등이 담겼다. [서울=뉴스핌] 이재명 대통령이 13일 서울 종로구 청와대 영빈관에서 열린 국정기획위원회 국민보고대회에서 발언하고 있다. [사진=대통령실] 2025.08.13 photo@newspim.com 국정기획위원회가 지난 13일 1호 과제로 발표한 개헌에는 대통령 권력 구조 개편도 포함됐다. ▲4년 연임제 및 결선투표제 도입 ▲감사원 국회소속 이관 ▲대통령 거부권 제한 ▲비상명령 및 계엄 선포 시 국회 통제권 강화 ▲국무총리 국회 추천제 도입 ▲중립성 요구 기관장 임명 시 국회 동의 의무화를 추진하겠다고 명시했다. 또 5·18 광주 민주화운동 정신 등 헌법 전문 수록과 검찰 영장 청구권 독점 폐지, 안전권 등 기본권 강화 및 확대, 지방자치와 균형발전을 위한 논의기구 신설, 행정수도 명문화 등이 개헌 과제로 포함됐다. 개헌을 위한 국민투표법 개정도 추진된다. 헌법불합치 결정을 받은 재외국민 투표 관련 규정을 개정해 국민투표법 위헌을 해소하겠다는 계획이다. 개헌 찬반 투표는 2026년 지방선거나 2028년 국회의원 선거 때 실시하겠다고 명시했다. [서울=뉴스핌] 뉴스핌이 확보한 이재명 정부 국정운영 5개년 계획(안) 책자. 2025.8.20 ycy1486@newspim.com 이번 책자에는 국정기획위가 지난 13일 대국민보고대회에서 공개한 123대 국정과제보다 훨씬 세부적인 내용이 담겼다. 당초 국정위는 이날 국정운영 5개년 계획도 공개하려 했다가, 돌연 비공개 결정을 내렸다. 비공개 결정에는 이재명 대통령의 의중이 강하게 작용한 것으로 알려졌다. 국정위 소속으로 활동했던 한 위원은 뉴스핌과 통화에서 "갑자기 보안을 강조하면서 내부 자료는 절대 공개하지 말라고 했다"며 "이유는 모른다"고 전했다.  ycy1486@newspim.com 2025-08-20 15:55
사진
美, 인텔 이어 삼성도 지분 내놔라? [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 도널드 트럼프 미국 행정부가 반도체법(CHIPS Act)상 보조금을 활용해 인텔 지분 확보를 추진 중인 가운데, 삼성전자와 대만 TSMC 등 다른 반도체 기업에도 같은 방식을 적용하는 방안을 검토 중이라고 로이터 통신이 두 명의 소식통을 인용해 19일(현지시간) 보도했다. 보도에 따르면 하워드 러트닉 상무부 장관은 삼성전자, 마이크론, TSMC 등 미국 내 공장 건설과 투자를 진행 중인 반도체 기업들을 상대로, 조 바이든 전임 행정부 시절 약속된 정부 보조금 제공과 맞바꿔 지분을 확보하는 방안을 모색하고 있다. 현실화하면 글로벌 반도체 업계에 파장이 불가피하다. 미국 정부에 지분을 넘기고 싶지 않다면 보조금을 포기해야 할 수 있는데 이 경우 기업들의 순익 전망과 투자 계획도 차질을 빚을 수 있다. 미국의 산업정책이 정권에 따라 오락가락한다는 업계의 불만과 비난 또한 커질 수 있지만 트럼프 행정부의 성격상 귀담아 들을 가능성은 높지 않다. 러트닉 장관은 CNBC 인터뷰에서 "트럼프 대통령은 미국이 거래에서 실질적 이익을 얻어야 한다고 본다"며 "왜 1천억 달러 규모의 기업에 돈을 줘야 하는가. 우리는 약속한 보조금을 지급하되, 그 대가로 지분을 받아 미국 납세자들에게 혜택을 돌릴 것"이라고 말했다. 트럼프 행정부가 인텔 지분 10%를 확보할 경우 최대 주주가 될 수 있지만, 러트닉 장관은 "경영권에 개입하지는 않을 것"이라고 선을 그었다. 그럼에도 불구하고 이러한 조치는 전례가 없는 것이며, "이는 대기업에 대한 미국의 영향력 확대라는 새로운 시대를 열게 될 것"이란 진단이다.  로이터는 "마이크론은 인텔에 이어 반도체법 보조금을 가장 많이 받는 미국 기업이며, 삼성전자와 TSMC 역시 주요 수혜 대상"이라며 "이번 검토는 미국 정부가 반도체 산업에 대한 직접적 영향력을 확대하려는 움직임"이라고 분석했다. 올해 6월에도 비슷한 조치가 있었는데, 트럼프 정부는 일본제철의 U.S.스틸 인수 승인 조건으로 '황금주(golden share)'를 확보해 주요 경영 결정에 거부권을 행사할 수 있게 됐다. 삼성전자 미국 텍사스주 테일러 공장 건설 현장. [사진=삼성전자] wonjc6@newspim.com   2025-08-20 08:31
안다쇼핑
Top으로 이동