大阪대학 초고압전자현미경센터 고에너지 전자현미경 장비/나노관찰·가공에 위력 大阪대학 초고압전자현미경센터는 세계 최고의 가속전압 300만볼트를 자랑하는 초고압 전자현미경을 갖추고 있다. 전자에너지가 높기 때문에 원자의 튀어나옴(점 결점의 도입)과 관찰을 동시에 할 수 있는 이외에 재료 본래의 성질을 잃지 않는 두꺼운 시료와 세포의 나노레벨 관찰도 가능하다. 이 센터의 森博太郞 교수 등은 전자 디바이스의 특징개선으로 이어질 새로운 발견 등 초전압 전자현미경만이 가능한 많은 성과를 올리고 있다. 통상 쿠과형 전자현미경(TEM)은 시료를 진공 속에 두고 관찰한다. 이 센터에서는 나일론 표면에 탄소를 부착한 캡슐을 개발, 가스 분위기 속에 시료를 두고 관찰할 수 있게 하였다. 캡슐을 이용하여 산소 속에 순동 메슈를 두고 약 400℃로 가열했을 때의 산화동 위스커(수염결정)의 성장과정을 그 자리에서 관찰하는데 성공했다. 위스커는 근본성장이 아니라 첨단성장이라는 것도 알았다. “지금까지는 시료의 산화가 일어날 만큼 산소를 남기기는 불가능했다”(森교수)고 한다. 진공 이외의 가스 분위기 속에서 가열 중에 나노레벨의 분해능으로 시료를 조사할 수 있다는 것 자체가 재료개발에 도움이 된다. 또 대규모 집적회로(LSI)의 금속배선은 알루미늄에서 구리 배선이 고려되고 있다. 단 구리는 반응이 지속적으로 진행한다는 결점도 있다. 예를 들면, 위스커가 성장하는 조건 등을 알게 되면 LSI의 미세화에도 공헌할 수 있다. 고에너지의 전자선은 나노레벨의 관찰 뿐 아니라, 가공에도 이용할 수 있다. 모상(母相)에 대한 이종원자주입이 가능하다. 상대적으로 가벼운 알루미늄 모상 표면에 상대적으로 무거운 금으로 된 제2상을 석출시킨다. 여기에 가속전압 200만 볼트의 전자선 조사를 실시하면 산란단면적이 크고 무거운 원자인 금에는 모상이 주입될 만큼 충분한 에너지를 얻을 수 있다. 실험에서도 금이 모상에 주입되었다는 것을 확인했다. 또 전자선은 지름 1~10나노미터로 좁힐 수 있기 때문에 LSI 기판 위에 다른 원자의 배선을 그릴 수도 있다. 지금 현재 전자선을 수 나노미터 지름으로 좁히는 것은 가속전압 300킬로볼트 범용 전자현미경에서 실현했다. “전자총의 개조부터 시작할 필요가 있는데 초고압 전자현미경으로도 가능하다”고 한다. 또 두꺼운 시료를 관찰할 수 있는 초고압 전자현미경의 특성을 살려서 파라디움(Pd)/실리콘(Si)계면에서 상온반응이 일어난다는 것을 최초로 밝혀냈다. 기판이 되는 Si표면을 가열하여 불순물을 없애 청정표면으로 만들고 거기에 파라디움을 증착하는 것만으로 화학물이 가능하다. 시료계면을 TEM관찰하였더니 증착한 Pd는 없고 결정화합물상 Pd2Si를 형성하고 있었다. PdSi의 조합은 전자 디바이스 컨덕트에 사용되고 있고, 저온하에서의 디바이스 제작의 지식이 된다. 지금까지 Pd와 Si의 상온반응 가능성은 지적되어 왔으나 시료를 희석하는 과정이 들어가기 때문에 부가적 요인을 제거한 조건하에서의 TEM 관찰은 없었다. 고에너지 전자선은 재료뿐 아니라, 약 5마이크로미터의 두께를 가진 생체조직을 나노미터의 분해능으로 투시, 관찰할 수 있다. 컴퓨터 터모그래피(CT단층화상) 방법과 조합시키면 세포나 내부 소기관의 CT단층화상을 얻을 수 있다. 세포를 아주 얇게 절개하지 않고도 내부 진단이 가능하게 되어 세포변이의 기구해석에 활용할 수 있다. (NK)