레이저로 ‘극자외선’ 발생시키는 방법 찾았다

2018.09.28 15:09
이번 연구에 사용된 펨토초 레이저 압축 장치. 연구진은 압축 장치 속 여러 개 특수 거울을 이용해 레이저 펄스를 조절했다. 과학기술연구원 제공.
이번 연구에 사용된 펨토초 레이저 압축 장치. 연구진은 압축 장치 속 여러 개 특수 거울을 이용해 레이저 펄스를 조절했다. 과학기술연구원 제공.

국내 연구진이 초정밀 반도체 회로를 제작하는데 사용되는 극자외선을 생성하는 새로운 방법을 개발했다.   

 

기초과학연구원(IBS) 초강력레이저과학 연구단 김경택 광주과학기술원(GIST) 물리광과학과 교수팀은 새로운 ‘극자외선’ 발생 경로를 규명하는데 성공했다고 27일 밝혔다. 극자외선은 파장이 10∼120㎚(나노미터, 1㎚는 10억 분의 1m)에 해당하는 빛이다. 정밀한 반도체 회로를 그려내거나 물질을 관찰하는 이미징 분야에 쓰인다.

 

김 교수팀은 극자외선을 다양한 분야에 활용하려면 결맞음성(Coherence)이라는 물리 현상이 중요하다고 보고 이에 주목했다. 결맞음성은 빛 파장의 위상과 주파수가 같아 서로 간섭한다는 의미로, 가(可)간섭성이라고도 불린다. 결맞음성이 높을수록 빛이 한층 더 강해진다.

 

지금까지는 ‘다중광자흡수’라는 물리현상만이 결맞음성을 유도해 극자외선을 생성할 수 있는 유일한 경로로 알려졌다. 강한 빛에 별도의 빛을 쪼여 원자에 빛을 가하면, 원자가 여러 개의 빛 입자(광자)를 동시에 흡수해서 '들뜬상태'가 되는 현상이다. 이 때 빛의 세기를 낮추면 높아졌던 에너지가 낮아지면서 극자외선이 발생한다.

 

김 교수팀은 이 과정을 연구하던 중, 다중광자흡수 현상과 다른 새로운 경로로 극자외선이 발생시킬 수 있다는 사실을 처음으로 발견했다. 빛을 발생하는 광원에 펨토초(1000조 분의 1초) 동안 지속하는 극초단 펄스 레이저를 가하면 극자외선이 생겨난다는 사실을 알아낸 것이다. 이렇게 발생한 극자외선은 레이저 위상 변화에 따라 세기와 발생 방향이 달라지는 특성을 보였다. 극자외선의 성질을 조절할 수 있으면 다양한 산업분야에 적용할 수 있다. 

 

김경택 교수는 "이번 연구가 광물리학 연구의 근본적인 이해를 넓힌 연구 성과"라며 "빛의 세기와 방향을 조절할 수 있는 극자외선 특징을 이용하면 초고정밀·초고성능 반도체 개발도 가능하다"고 말했다.

 

이 연구성과를 성과를 담은 논문은 광학 분야 권위지 '네이처 포토닉스'(Nature Photonics) 25일자 온라인판에 실렸다.

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