나노미터 스케일 첨단 전자재료의 해석과 통계분석 사례

지난 호에서는 임상의학에서 사용되는 사진을 포함한 각종 이미지 데이터를 이미지 프로세싱 소프트웨어를 활용한 정량해석과 응용사례에 대하여 소개했다. 이번 호에서는 이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용한 나노미터 스케일 첨단 전자재료의 해석과 통계분석 사례를 소개한다.

유우식
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그림 1. 제작된 광결정의 전자현미경 사진에서 측정한 가공 치수와 주기성

나노미터 스케일의 첨단 전자재료는 반도체를 비롯하여 신소재, 광결정(Photonic Crystal), 미세전자기계시스템(Microelectromechanical system: MEMS), 나노입자(Nano Particle), 나노와이어(Nano Wire), 그래핀(Graphene) 등의 다양한 재료와 구조를 이용하여 새로운 기능을 실현하는데 활용된다. 미세구조의 특성상 육안에 의한 조사가 어렵기 때문에 고배율의 광학현미경 또는 전자현미경을 이용한 관찰이 주를 이루고 있다. 현미경 사진에서 대량의 미세구조의 치수를 간편하고 정확하게 측정하는 방법의 개발이 요구되고 있다. 이미지 프로세싱 소프트웨어를 사용한 자동형상인식과 측정이 가능해지면 대량의 미세구조의 통계분석을 통한 나노미터 스케일 첨단 전자재료의 해석과 설계가 용이해진다.
이번 호에서는 다양한 나노미터 스케일 첨단 전자재료의 구조와 특징을 이미지 프로세싱 소프트웨어인 웨이퍼마스터스의 픽맨(PicMan)를 사용하여 정량해석과 통계·분석한 사례를 소개한다.

1. 광학결정(Photonic Crystal)
비누방울, 딱정벌레, 나비, 새의 깃털 등 현란한 색을 띠며 보는 방향에 따라 색이 바뀌는 것들이 많이 있다.(그림 2) 이러한 것들은 실제로 구성물질의 색소에 의한 것이 아닌 빛의 간섭, 회절, 산란현상에 의해서 나타나는 것으로 실제 색소에 의해 나타나는 것과 구별하여 ‘구조색’이라고 한다.
투명한 비누방울에서 무지개 색이 나타나는 것도 이 원리에 의한 것이다. 실제로 나비나 새의 깃털 색상은 색소색상과 구조색이 겹쳐진 색이다. 공작새의 경우 깃털의 반사에 의한 색소색상은 갈색이지만 깃털의 미세구조에 의한 빛의 간섭, 회절, 산란의 결과로 여러가지 현란한 색으로 관찰된다.(그림 3) 이처럼 물질의 구조를 조절하여 광학적인 성질을 갖도록 만들어낸 인위적인 물질을 광결정이라고 한다. 현대의 정보화 사회에서 광결정 구조를 갖는 물질을 활용한 광정보는 처리와 전달에 유용한 재료로 활발하게 연구가 진행되고 있다.

그림 2. 비누방울, 딱정벌레, 몰포나비, 공작새 깃털의 구조색