나노기술 및 정책 정보

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  물질·재료연구기구(NIMS) 재료 신뢰성맹아(萌芽)연구소 1차원 나노재료그룹의 Jie Tang 그룹리더 및 Zhang Han 연구원은 란탄붕화물(LaB6) 나노와이어의 표면청정화기술과 결정제어 기술을 확립하는데 성공하였으며, 이로써 전자현미경의 성능을 비약적으로 향상시킬것으로 기대되는 란탄붕화물의 실용화에 길이 열리게 되었다.
  현재의 전자현미경에서는 바늘상의 텅스텐(W) 끝부분에서 방출된 전자를 고전압에 의해 가속화하고, 그것을 이용한 전자선을 통해 확대상을 얻었다.

  전자원을 더욱 장수명화시키면서 동시에 보다 높은 분해능을 실현하기 위해서는, 전압에 의해 전자원으로부터 직접 전자를 끌어내는 ‘전계방사형’(電界放射型)으로해서, 보다 목적에 적합한 재료를 개발하는 것이 요구되어 왔는데, 이 재료의 대표적인 예가 LaB6이다. NIMS는 먼저 미국 노스캐롤라이나대학과의 공동 연구로, LaB6 나노와이어를 제작하는데 성공하여 기술로서 확립해 놓았다.

  이는 특수한 환경에서 나노와이어를 자연스럽게 성장시키는 방법(화학기상법)이다. 이 나노와이어를 전자원으로서 실용화하기 위해서는 특성의 안정화가 필수적이기 때문에, 표면의 청정화와 표면의 구조, 즉 결정면의 제어가 필요하다.
  이번 개발에서는 전계증발(電界蒸發)에 의해 나노와이어 표면을 청정화하는 데 성공했다. 이로써 전자원의 고휘도방사를 위해 필수적인 불순물 제거가 가능하게 되었다. 또, 화학기상법의 최적화에 의해 자연성장된 나노와이어의 결정 방향·결정면을 제어하는 데도 성공했다. 본 기술의 확립을 통해 LaB6 나노와이어를 전자원으로 이용하여 최적의 결정면을 얻는 것이 가능해진 것이다.
  본 개발 성과에 의해 종래의 성능을 대폭 능가하는 전계방사 전자원 실용화에 필요한 과제를 해결할 수 있었다. LaB6 전계방사형 전자원을 이용한 전자현미경이 실용화되면,전자현미경 등의 계측·분석 장치의 성능을 한 단계 향상시켜, 보다 선명한 이미지나 원소식별 능력을 얻을 수 있다. 또, 전자선묘화 장치나 의료용 X선 장치 등의 성능이 향상되는 이외, 나노기술의 연구 수준과 연구 효율도 대거 향상될 것으로 기대 된다.

  연구진은 향후 민간 기업과의 공동 연구 개발에 의해 실용화·제품화를 진행할 예정이다. 본 성과는 과학기술진흥기구(JST) 산학이노베이션가속사업‘첨단계측 분석기술·기기개발’프로그램의 「나노구조제어 LaB6 차세대 전계방사 전자총의 개발」의 일환으로 얻어졌다. 한편, 본 성과는 미국 과학지 Nano Letters에 9월 8일 게재될 예정이다.

발표논문:

  Han Zhang, Jie Tang, Jinshi Yuan, Jun Ma, Norio Shinya, Kiyomi Nakajima, Hideyuki Murakami, Tadakatsu Ohkubo and Lu-Chang Qin, “Nanostructured LaB6 field emitter with lowest apical work function”, Nano Letters, August 17, 2010 Ⅰ DOI: 10.1021/ nl101752z