한국표준과학연구원은 1nA(나노암페어·10억 분의 1암페어) 이하 미세전류를 측정할 수 있는 표준 장치를 개발했다고 29일 밝혔다. 전류 측정 기술은 반도체 효율 분석, 미세먼지 농도 측정, 암 치료용 방사선량 측정 등 다양한 분야에 쓰인다.
하지만 현재 전류 표준값은 저항과 전압값보다 정확성이 현저히 떨어진다.
표준 저항·전압값은 변하지 않는 양자 상태로 발현되는 상수이지만, 전류는 이에 대응하는 소자가 개발되지 않아 측정에 한계가 있다. 세계 각국 측정 표준기관에서는 옴의 법칙(전류의 세기는 전압에 비례하고 저항에는 반비례한다)을 이용해 전압과 저항으로 전류를 간접적으로 측정하는 방식을 쓰고 있다.
전압 표준(조셉슨 전압 표준기)과 저항 표준(양자 홀 저항 표준기)을 측정해 전류 표준을 구현해 온 것이다.
표준연은 전류 표준의 사전적 정의를 구현할 '단전자 펌프 소자'를 개발해 전자의 개수를 직접 측정, 전류 단위를 정의하는데 성공했다. 전류 단위인 1암페어(A)의 정의는 1초당 600경의 전자 흐름에 해당한다.
단전자 펌프 소자는 전하를 띤 기본 입자인 전자를 외부 마이크로 웨이브에 의해 주기적으로 발생시키는 소자로, 전자의 전하량을 토대로 전류 양을 측정할 수 있다.
연구팀은 단전자 펌프 소자를 통해 발생한 전류의 크기를 전압·저항 표준기를 통해 계산한 값과 비교 검증했다. 이 장치에서 1초에 1억 개 전자가 흘러갈 때 측정 오류는 40개 정도로 불확도(측정값의 오차 범위)가 매우 낮은 것으로 나타났다.
배명호 책임연구원은 "이번에 개발한 기술은 세계 최고 수준인 영국, 독일 표준기관과 동일한 수준"이라며 "반도체 분야 미세전류 누설량 측정, 미세먼지 측정기기 모니터링, 전력기기 교정 등 다양한 분야에 활용할 수 있다"고 말했다.