주사터널링 현미경(STM) 제어 신속 프로토타이핑 시스템 | PCIe-5510 다기능 DAQ AI/AO/DO 동기 솔루션
응용 배경
주사터널링 현미경(STM, Scanning Tunneling Microscope) 은 양자 터널링 효과(Quantum Tunneling Effect) 를 활용하여 시료 표면의 입체 형상을 획득하는 장비로, 물질의 미시 구조와 외관을 연구하는 강력한 도구입니다.
STM은 다음과 같은 연구에 필수적입니다.
- 원자 단위 표면 토포그래피 측정
- 반도체 표면 결함 분석
- 2D 재료(그래핀, MoS₂) 연구
- 나노 디바이스 특성화
- 촉매 표면 연구
- 양자 디바이스 표면 검사
본 사례 고객은 유연하게 재구성 가능한 전자 시스템(Flexible Reconfigurable Electronics) 구축을 희망했습니다. 소프트웨어 신속 프로토타이핑(Rapid Prototyping) 기술을 활용해 더 우수한 성능, 더 폭넓은 재료 적용성을 갖춘 STM 설계가 목표였습니다.
도전 과제
본 시스템은 다음을 동기화해야 했습니다.
- AI(아날로그 입력): 현미경 데이터 수집 (터널링 전류)
- AO(아날로그 출력): 위치 제어 (X/Y/Z 피에조 스캐너)
- DO(디지털 출력): CCD 카메라 촬영 타이밍 제어
즉, 고정 위치에서 데이터 수집 + 사진 촬영이 동시에 이루어져야 하므로, 모듈 내 AI, AO, DO 세 가지 기능을 모두 동기화해야 합니다.
핵심 기술 난점
| 다채널 AI/AO/DO | 동기 동적 운영 |
| 동적 제어 속도 | 마이크로초(μs) 단위 업데이트 |
| 고정밀 아날로그 수집 | 터널링 전류 (pA 단위) 정밀 측정 |
| 신속 프로토타이핑 | 소프트웨어 정의 계측기(SDR/SDI) 플랫폼 |
솔루션
JYTEK 다기능 DAQ 모듈의 우수한 드라이버 아키텍처는 각 기능 간 동기 트리거 + 클럭 공유를 완벽하게 구현하여 고객 응용 요구를 충족했습니다.
시스템 구성
[STM 헤드 + 피에조 스캐너]
┌─────────────────────────────────────┐
│ PCIe-5510 │
│ ┌────────────────────────────────┐ │
│ │ AI 32ch (140 ppm, 18비트) │←───── 터널링 전류
│ │ → 시료 표면 데이터 수집 │ │
│ ├────────────────────────────────┤ │
│ │ AO 4ch (±10V) │─────→ X/Y/Z 피에조 제어
│ │ → 스캐너 위치 제어 │ │
│ ├────────────────────────────────┤ │
│ │ DIO 48ch (프로그래머블) │─────→ CCD 카메라 트리거
│ │ → 촬영 타이밍 제어 │ │
│ ├────────────────────────────────┤ │
│ │ Counter 4ch (양방향) │ │
│ └────────────────────────────────┘ │
│ ↕ μs급 동기 트리거 + 클럭 공유 │
└─────────────────────────────────────┘
↓
[FirmDrive® 다중 작업 병렬 드라이버]
↓
[SeeSharp 신속 프로토타이핑]
↓
[STM 시료 표면 3D 이미지]
핵심 특장점
1. AI/AO/DO 마이크로초급 동기
- PCIe-5510 단일 모듈에서 세 가지 기능 통합
- 모듈 내부 트리거·클럭 공유로 μs급 동기 보장
- "고정 위치에서 수집 + 촬영" 핵심 시나리오 완벽 충족
2. 다기능 통합 모듈
- AI: 32채널, 140 ppm 정확도, 18비트, 2 MS/s
- AO: 4채널 ±10V
- DIO: 48채널 프로그래머블
- Counter: 4채널 양방향
→ 시스템 가성비 향상 + R&D 투자 절감
3. FirmDrive® 다중 작업 병렬 드라이버
- 측정 제어 시스템 소프트웨어에 도약적 진보
- 객체지향 설계
- 멀티태스킹 안정 운영
4. 풍부한 예제 프로그램
- 모듈 내장 예제가 프로젝트 필요 기능 전부 커버
- 2차 개발 견고한 기반
- 신속 프로토타이핑이 진정한 의미의 빠른 프로토타입 완성으로 실현
사용 제품
하드웨어
PCIe-5510 — 다기능 데이터 수집 모듈
- 정확도: 140 ppm
- 분해능: 18비트
- AI: 32채널, 2 MS/s
- AO: 4채널 ±10V
- DIO: 48채널 프로그래머블
- Counter: 4채널 양방향
- AI/AO/DO 모듈 내 동기
소프트웨어
SeeSharp® — C# 기반 오픈소스 측정 제어 플랫폼
- 별도 라이선스 비용 없음
- FirmDrive® 객체지향 다중 작업 드라이버
- 풍부한 예제 프로그램
- 신속 프로토타이핑(Rapid Prototyping) 환경
적용 가능 분야
본 솔루션은 다음과 같은 첨단 과학 계측기 R&D에 활용됩니다.
- 주사터널링 현미경(STM) 제어
- 원자력 현미경(AFM, Atomic Force Microscope) 제어
- 주사 프로브 현미경(SPM) 시스템
- 공초점 현미경 정밀 제어
- 나노 포지셔너(Piezo) 제어 + 동기 수집
- 신속 프로토타이핑 시스템 구축
- 소프트웨어 정의 계측기(SDI)
- 양자 디바이스 측정 시스템
- 단일 분자 측정
- 레이저 스캐닝 + 신호 수집 시스템
- 고정밀 모션-측정 동기 응용
왜 JYTEK 인가?
1. SeeSharp® 측정 제어 플랫폼
C# 기반 강력하고 사용하기 쉬운 개발 환경
2. 검증된 제품 신뢰성
장기간 시장 검증을 거친 안정적인 성능
3. POC(Proof of Concept) 서비스
도입 전 무상 검증으로 사양 적합성 사전 확인
4. 고정밀도
까다로운 첨단 과학 계측 정밀도 요구 충족
5. 비용 효율성
기존 고가 장비 대비 우수한 성능 + 합리적 가격으로 R&D 예산 부담 경감
6. 빠른 납기
프로젝트 일정 보장
7. 한국 직접 기술지원
제이와이텍코리아 엔지니어가 현장 대응 + 빠른 응답
결과
JYTEK PCIe-5510 다기능 데이터 수집 모듈과 SeeSharp® 측정 제어 플랫폼을 통해 고객은 다음을 달성했습니다.
- ✅ AI, AO, DO 세 가지 신호의 μs급 동기 제어
- ✅ STM 고정 위치에서의 고정밀 수집 + 이미징 핵심 난제 해결
- ✅ 신속 프로토타이핑으로 효율적 R&D
- ✅ 비용 효율적 솔루션
- ✅ 후속 재료 미시 구조 연구의 견고한 기술적 기반
본 사례는 JYTEK이 정밀 과학 계측기 신속 프로토타이핑 개발에서 효율성, 신뢰성, 비용 우위를 모두 갖춘 솔루션을 제공한다는 것을 보여줍니다. 재료 연구, 나노 과학, 양자 디바이스 R&D 등 첨단 과학 분야에 직접 활용 가능합니다.
