양성자·헬륨·산소 등 다양한 이온빔 활용 연구 본격화

 

고려대학교 세종캠퍼스(부총장 양지운)는 자체 개발한 중이온 가속기 이온원을 가속기ICT융합관에 구축해 운영하고 있다. 현재 이 장치는 양성자, 헬륨, 산소, 아르곤, 질소 등 다양한 이온빔을 생성할 수 있으며, 물성 연구, 반도체, 배터리 소재, 바이오 분야 등 여러 연구에 활용되고 있다.

 

해당 이온원은 14GHz 전자사이클로트론공명(ECR) 기반 빔 조사 시설을 갖추고 있으며, 진공 장치·냉각 장치·고주파 장치·빔 진단 장치·제어 시스템·인터락 시스템 등 주요 가속기 기반 설비를 자체적으로 구축했다.

 

고려대 세종캠퍼스 김은산 가속기과학과 교수는 “이온원 연구와 전문 인력 배출뿐만 아니라 빔 활용 연구도 함께 진행하고 있다”며 “향후 금속 이온빔 인출 등 더 높은 수준의 이온빔 제공을 목표로 시설 확장을 준비하고 있다”고 밝혔다.

 

한국기초과학지원연구원(KBSI) 이병섭 박사는 지난 여름 고려대 가속기 현장실습 강사로 참여하며 이온원 시설을 활용한 표면 개질 연구를 진행했다. 그는 “SiO₂ 기판에 질소 이온을 주입해 실험 조건을 정량화하고, 다가 이온 주입을 통해 기존 단일 이온 주입과는 다른 물리적 메커니즘을 도출하고자 한다”며 “질소 이온은 절연막 질화, 플라즈마 내성 향상, 굴절률 제어 등 다양한 응용 가능성이 있어 연구 범위를 넓힐 수 있다”고 설명했다.

 

고려대 세종캠퍼스 정병호 반도체물리학부 교수는 “양성자 빔을 활용해 실리콘 반도체 박막에 기존 포토 공정으로는 구현하기 어려운 표면 개질 효과를 유도하고 있으며, 이를 나노 전자소자와 나노 광학소자 연구에 적용하고 있다”고 밝혔다.

 

한편, 고려대 세종캠퍼스는 자석 자기장 측정 장치, 고주파 장치, 빔 진단 장치 개발뿐만 아니라 국외 연구소 및 산업체와 협력해 초전도 가속관, 빔 테스트 등을 수행하고 있다. 이 과정을 통해 가속기 인력 양성과 기술 축적에 힘쓰고 있으며, 방사광가속기와 중이온가속기 같은 국가 대형 연구시설 개발과 운영에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

고려대 세종캠퍼스 이온원은 지난 몇 년간 장치 확장과 업그레이드를 통해, 현재는 빔 실험자들이 실제 연구에 활용할 수 있는 연구 시설로 운영되고 있다.