"0.1nm 원자 수준 본다"… 中, 美·日 독점 투과전자현미경 양산 돌파구

미국과 일본의 소수 정밀 기기 기업들이 사실상 100% 독점해 온 초정밀 나노 계측 장비인 '투과전자현미경(TEM)' 시장에서 중국이 0.1나노미터(nm) 해상도를 구현한 200킬로볼트(kV)급 상업용 현미경을 독자 개발해 본격적인 양산 체제에 돌입했다.

그동안 수십만에서 수백만 달러에 달하는 고가 장비를 전량 수입에 의존해 오던 중국 과학계와 반도체 업계가 극미세 구조 분석 장비의 기술 자립을 이뤄내면서, 서방의 정밀과학 장비 수출 통제망을 뚫고 첨단 반도체 및 나노 신소재 분야의 자급률을 한층 끌어올릴 발판을 마련했다는 평가다.

10월 20일(현지시각) 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 중국 과학기술부 관영 과학기술일보(Science and Technology Daily) 보도에 따르면, 안후이성 허페이에 본사를 둔 정밀 측정 장비 제조기업 궈이퀀텀(CIQTEK·國儀量子)은 지난 18일 난징에서 열린 '2026 전국 전자현미경 학술대회'에서 200kV 전계방출 투과전자현미경인 'TEM-F200'을 공식 출시했다고 발표했다.

점 해상도 0.25nm·정보 한계 0.1nm… 美·日 주력기와 '동급'
이번에 공개된 TEM-F200은 직관적 식별이 가능한 점 해상도(Point Resolution) 0.25nm, 소프트웨어 연산을 통해 세부 구조를 추출할 수 있는 정보 한계(Information Limit) 0.1nm를 달성했다.

현대 나노공학과 재료물리학의 표준 장비인 200kV 가속 전압형 TEM은 고에너지 전자빔을 얇은 시료에 투과시켜 원자 배열과 결정 결함을 관측하는 첨단 장비다.

광학 현미경의 물리적 해상도 한계(200~250nm)를 뛰어넘어 나노미터 이하 영역을 들여다볼 수 있어, 첨단 나노 반도체 회로의 수율 분석과 불량 검출, 리튬 배터리 전극 재료, 양자 신소재 개발에 없어서는 안 될 핵심 설비로 꼽힌다.

허유(He Yu) CIQTEK 회장은 "TEM-F200은 지속적인 연구개발 끝에 안정적인 대량 생산과 고객 인도(납품) 능력을 완벽히 확보했다"며 "첨단 반도체 패키징과 극미세 소자 결함 분석을 현장에서 즉각 지원할 수 있다"고 강조했다.

우아이화(Wu Aihua) 중국기기제어학회 분석기기분과 사무총장 역시 "이 모델은 반도체뿐만 아니라 바이러스 구조 규명과 단백질 신약개발 등 바이오의학 분야 전반의 검사 분석 기술 자급률을 획기적으로 높일 것"이라고 평가했다.
써모피셔·JEOL 등 '글로벌 카르텔'에 정면 도전장

상업용 고성능 TEM 시장은 기술적 진입 장벽이 극도로 높아 미국의 써모피셔 사이언티픽(Thermo Fisher Scientific)과 일본의 JEOL(일본전자), 히타치 하이테크(Hitachi High-Tech), 미국의 브루커(Bruker·닛온 인수) 등 극소수 서방 기업들이 글로벌 공급망을 장악해 왔다.

특히 전 세계 대학과 연구소, 반도체 파운드리에서 가장 널리 쓰이는 써모피셔와 JEOL의 200kV 플래그십 모델들은 대략 0.11~0.12nm 수준의 정보 한계를 제공하는데, 중국의 신형 TEM-F200이 이와 대등한 스펙을 구현하며 상용화에 성공한 것이다.

중국은 지난 수십 년간 고성능 전자현미경을 전량 해외에서 조달해 왔다. 대당 가격이 수십억 원에 달할 뿐만 아니라, 미국 중심의 수출통제 품목에 포함될 경우 연구개발 자체가 마비되는 전략적 취약점을 안고 있었다.

120kV부터 AI 현미경까지… '계측기기 자립' 속도전

중국은 최근 수년 사이 국가 전략 과제로 전자현미경 국산화에 대규모 자본을 투입하며 비약적인 성과를 내고 있다.

2024년에는 광저우 바이오랜드 연구소와 CIQTEK이 중국 최초의 상업용 120kV 전계방출 TEM인 'TH-F120' 출시했으며, 2025년에는 쑤저우 보존 기기 기술(Suzhou Bozhon)이 중국 최초의 200kV 상업용 모델 'BZ-F200' 공개했다.

또한, 2026년 5월에는 중국과학원(CAS)이 세계 최초의 인공지능 기반 자율 제어 TEM 시스템 'Aeye-1' 발표했고, 10월에는 CIQTEK이 생명과학 특화 120kV 모델 'TEM-F120' 및 플래그십 200kV 'TEM-F200' 동시 출격했다.

아울러 중국은 신약개발의 핵심 무기인 '극저온 전자현미경(Cryo-EM)' 기술 내재화에도 속도를 내며, 단백질 3차원 입체 구조 분석의 국산화 완성을 목전에 두고 있다.

국제 첨단 계측기기 업계 분석가들은 "중국이 전자총 빔 소스와 고전압 편향 코일 등 전자현미경의 핵심 광학 부품을 국산화해 상업적 양산 단계에 도달했다는 점은 큰 진전"이라며 "미국의 대중 반도체 장비 규제가 계측·분석 영역까지 옥죄어오는 상황에서, 중국 반도체 및 신소재 팹의 '장비 자립선'이 설계·노광을 넘어 물성 분석 영역까지 확장되고 있다"고 평가했다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com