• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.226.1-226.1
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• 2014

이온빔 소스는 반도체 및 디스플레이 공정에 있어, 표면 에칭 및 증착 등 여러 응용 분야에 활발히 이용되고 있다. 본 연구에 사용된 원형 이온빔 소스는 선형 이온빔 소스의 가장자리에서의 특성 분석을 위해 제작되었으며, 높은 직류전압과 자기장 공간에서 플라즈마를 방전시키고 발생된 이온들을 가속시켜 높은 에너지의 이온빔을 발생시킨다. 이온빔 특성 분석을 위해 전위지연 탐침과 패러데이 탐침을 개발하였다. 전위지연 탐침은 격자판에 전압을 인가하여 선택적으로 이온을 수집하고, 이온의 에너지분포함수를 측정한다. 패러데이 탐침은 이온 수집기와 가드링으로 구성되어 수집기 표면에 일정한 플라즈마 쉬스를 형성하여 정확한 이온전류밀도를 측정한다. 본 연구에서는, 아르곤 기체를 이용하여 기체유량(8~12 sccm) 및 방전전압(1~2 kV)에 따라 방전전류 16~54 mA, 소모전력 16~108 mW의 특성을 보였다. 운전압력은 0.4~0.54 mTorr이며, 이온소스로부터 18 cm 거리에서 이온전류밀도와 이온에너지분포를 측정하였다. 또한, 중공음극선을 이용하여 인위적으로 전자를 이온 소스에서 발생된 플라즈마에 공급하고 이온빔 및 플라즈마의 특성 변화를 위 시스템에서 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.216.1-216.1
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• 2014

Closed drift ion source는 그 특성으로 인하여 강판 표면처리, 금속 표면 산화막 형성, 폴리머 혹은 기타 표면 개질 등 다양한 분야에서 사용이 되고 있다. 다양한 환경에서 사용 되는 소스의 특성으로 인하여 각기 다른 공정에 대한 최적의 특성이 요구 되며, 이러한 공정 환경에 맞춘 소스를 설계하기 위해서 ion source내 전극의 구조 및 자기장 세기 등 이온소스의 구조적 특성에 대한 연구가 필요하게 된다. 본 연구에서는 선형 이온소스의 구조 설계를 위한 실험을 소형(이온빔 인출 슬릿 직경: 60 mm) 이온빔 인출 장치를 제작하여 전극 구조에 따른 방전 특성을 우선적으로 평가를 실시하여 소형 이온빔 인출 장치에서 도출된 결과를 바탕으로 0.3 m급 linear closed drift ion source 설계에 대한 변수를 조사 하였다. 실험은 양극-음극(C-A) 간 간격 및 음극 슬릿(C-C) 간격 그리고 자기장 세기 조건에서 방전 전류 및 인출 이온빔 전류량 측정하였으며, 이 결과를 전산모사 결과와 비교 하였다. 방전전압 1~5 kV, 가스유량 10~50 sccm 조건에서 Ar 이온빔 방전 특성을 평가한 결과, 양극-음극(C-A) 간격이 넓을수록, 음극-음극(C-C) 간격이 좁을수록 방전 전류량이 증가함을 확인 하였다. 또한, 공정 가스 압력 및 자기장 세기 변화에 따른 1~5 kV의 방전 전압에 대한 방전 특성의 관찰 결과, 압력 및 자기장 변화에 따라서 방전 전류의 변화를 관찰 할 수 있었으며, 이에 대한 결과를 통하여 이온 소스 구조 내부에서의 방전 영역에 대한 압력과 자기장 세기에 대한 영향을 분석 할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.242-242
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• 1999

상대론적 전자빔 발생장치(300kV, 40kA, 60ns)를 통하여 발생하는 전자빔은 진공 중에서 공간전하한계전류값을 갖게 되어 진행이 어렵다. 이런 전자빔의 전파특성을 향상시키기 위하여 여러 가지 방법들이 실험되어졌다. 본 실험실에서 수행한 실험은 전자빔의 진행해나가는 도파관 속에 국부적인 plasma channel을 형성시키고 이에 따른 전자빔의 전파율의 향상을 유도하였다. 이때 형성되는 높은 에너지의 이온빔을 관찰하고 이온 전류밀도에 따른 전자빔의 수송효율사이의 관계를 관찰하였다. 전류밀도의 증가는 여러 가지로 응용 될 수 있다. 자유전자레이저(Free Electron Laser)는 microwave로부터 가시광선 영역을 포함해 X-ray 영역까지의 coherent radiation을 발생시킬 수 있는 개념의 장치이다. 이 장치에서 전자빔의 전류밀도는 출력되는 전자기파의 power와 직접적으로 관계하여 고출력 microwave 발생장치를 구성할 수 있다. 이번 실험에서는 일정한 국부적으로 형성된 plasma에 따른 강렬한 상대론적 전자빔의 전파효율의 향상을 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.245.2-245.2
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• 2014

홀 방식 이온빔 소스는 방전 채널 내부에 중성기체 및 전자를 주입하여 플라즈마를 생성하며, 생성된 이온들은 자기장에 의해 구속된 전자들과 양극이 만드는 전기장에 의해 가속되어 이온 빔을 발생시킨다. 홀 방식 이온빔 소스에는 고리형 소스와 원통형 소스가 있으며, 기하학적 구조 및 자기장 구조가 달라 발생되는 이온전류, 가속효율, 연료효율, 이온화 비율 등 플라즈마 특성이 다르다. 특히, 플라즈마의 이온화 비율은 이온빔 소스의 방전 전류 및 연료효율에 영향을 미치며, 다중전하를 띤 이온의 높은 에너지는 채널벽의 침식 문제를 야기하는 등 이온빔의 전하량 분석 연구는 물리적 연구측면 뿐만 아니라 실용적인 측면에서도 매우 중요하다. 원통형 소스의 경우 연료효율이 100% 이상으로, 이온화 효율이 매우 높아 발생되는 이온의 가속효율도 높게 나타난다. 본 연구에서는, 이를 통해 다중이온을 진단할 수 있는 ExB 탐침을 개발하여, 다중이온의 생성 비율과 연료 효율과의 관계를 살펴보았다. 이온전위지연 탐침과 패러데이 탐침을 이용하여 채널 및 자기장 구조에 따른 전류 분포 및 이온에너지분포를 측정하였으며, 이온 빔의 효율 및 플라즈마 특성을 분석하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.235-235
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• 2011

진단용 또는 의료용 동위원소들은 안정한 표적물질에 높은 에너지의 양성자가 조사 될 때 핵반응에 의해서 생성된다. 양성자를 충분한 에너지로 가속하기 위해서 이용되는 사이클로트론의 주요 부분은 (1) 진공시스템, (2) 자석시스템, (3) RF 시스템, (4) 외부 이온원, (5) 수직 축 방향빔의 수평방향 전환 시스템, (6) 빔 인출 장치, 그리고 빔전송과 표적장치로 구성된다. 인출된 빔은 표적까지 손실 없이 전송 될 수 있도록 빔 라인에 설치된 광학적 요소에 의해 집속되어 전송된다. 방사성동위원소의 생산량은 양성자 빔의 특성과 표적 물질의 종류에 따라 결정된다. 즉, 표적 물질에 조사하는 입자의 종류, 적절한 핵반응 선택, 최소량의 불순핵종과 원하는 방사핵종의 최대수율을 얻을 수 있는 최적 에너지 범위결정, 표적 물질의 냉각능력과 입자전류의 세기 등을 고려 하여야 한다. 동위원소 생산에 있어서 예측되는 수율은 입자전류와 비례하며, 에너지에 대한 핵반응 단면적 즉, 여기함수를 적분하여 아래와 같이 얻을 수 있다. 주 생성핵종의 생산 효율을 최대로 높이고 불순 핵종의 생성량을 최소로 감소시키기 위해서는 정확한 여기 함수 자료를 바탕으로 최적 입자를 결정하여야 한다. 또한 이론적인 생산 수율은 입자 전류에 정비례하지만, 입자 전류가 클경우 생산수율은 이론적인 수율보다 적다. 입자빔의 불균일성, 표적의 방사선 피폭에 의한 손상, 높은 입자전류에 의해 발생하는 열로 인하여 생성 핵종이 증발하여 생산 수율이 감소된다. 본 발표에서 방사핵종 C-11과 Tc-99m을 개발하기 위한 최적 조건에 관한 연구결과를 보고하고자 한다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1998년도 춘계학술발표회논문집(2)
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• pp.262-266
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• 1998

하나로 핵연료의 피복관과 봉단마개 재료로 사용되는 Aluminum 1060의 전자빔 용접부의 비드 특성을 조사하기 위하여 bead-on-plate 용접을 하였다. 비드의 단면을 절단하여 가속전압, 빔 전류, 용접속도에 따른 비드의 폭과 용입 깊이의 변화를 측정하고 용접부에 발생한 용접결함을 관찰하였다. 실험결과 가속전압과 범 전류의 증가에 따라 용입 깊이는 직선 비례적으로 계속 증가하였지만 비드폭은 그 증가율이 감소하는 경향이었다. 용접속도의 증가에 따라서 비드 폭과 용입깊이는 감소하는 경향을 보였다. 또한 범 출력이 높은 용접부의 root부에 다수의 porosity 가 발생하는 것을 관찰 할 수 있었으며 핵연료 봉단 마개의 porosity와는 다른 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.234-234
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• 2012

Saddle field ion source는 구조가 간단하고 영구자석을 사용하지 않아 소형화에 유리하고 구조가 간단한 DC 파워서플라이를 이용하기 때문에 장치 가격이 저렴하여 다양한 분야에서 응용되고 있으며 특히 이온빔 밀링 분야에 많이 사용된다. 초기 saddle field ion source 는 대칭형의 구형이었으나 지속적인 연구 개발로 와이어형, 원판형, 원통형 등 다양한 형태의 saddle field ion source가 개발되었다. 본 연구에서는 비교적 제작이 용이하고, 구조적으로 외부간섭에 대하여 덜 민감한 원통형 saddle field ion source를 제작하였다. 초기 saddle field ion source는 이온원 내부에 saddle field를 형성하기 위하여 대칭 구조를 가지 형태로 제작되었으나, 비대칭 구조에서도 saddle field가 형성될 수 있고 비대칭 구조를 채택할 경우 한쪽으로 더 많은 이온빔을 인출할 수 있기 때문에 실제 응용면에서는 비대칭 구조가 더 유리하다. 따라서 본 연구에서는 원통형 비대칭 saddle field ion source를 제작하였으며, 제작된 이온소스는 높이가 62 mm 지름이 55 mm의 소형 이온소스였다. 제작된 원통형 saddle field ion source는 진공도와 가속전압에 따라 방전 모드 변화하였다. Saddle field ion source는 전극과 extractor의 구조에 따라 조금씩 다르지만 대체로 5x10-5 Torr ~ 5x10-4 Torr 영역에서 안정적으로 작동하였다. 이온소스 내부의 압력이 높을 경우 수십 mA 의 방전 전류가 흐르는 고전류 방전 모드로 작동하였으며 압력이 낮을 경우에는 동일한 전압에서 수 mA 의 방전 전류만 흐르는 저전류 방전 모드로 작동하였다. 압력이 더 높아질 경우 아크 방전이 발생하여 이온소스의 작동이 불안정하여 연속적인 작동이 어려웠다. 고전류 방전 모드에서는 이온빔 전류가 Child-Langmuir 방정식에 따라 Vi3/2에 비례하여 증가하는 경향을 보여주었으며 저전류 방전 모드에서는 Vi에 선형적으로 증가하였다. 가속 전압이 동일한 경우 고전류 방전 모드가 저전류 방전 모드에 비하여 더 많은 이온빔 인출이 가능하지만, 고전류 방전 모드의 경우 이온의 방출 각도가 매우 넓은 반면 저전류 방전 모드에서는 이온빔의 퍼짐이 현저히 줄어듦을 관찰할 수 있었다. 원통형 saddle field ion source는 내부 구조가 간단하기 때문에 내부 전극의 구조 변화에 따라 방전 특성 및 이온빔 인출 특성이 심하게 변동하였다. Saddle field ion source에서는 Anode에 인가되는 방전 전압이 가속 전압과 같은 역할을 하는데 가속 전압은 2~10 kV 사이에서 인가가 가능하였다. 일반적으로 동일한 방전 모드에서 진공도가 높아질수록 방전 전류의 양과 인출되는 이온의 양이 증가하는 것이 관찰되었다. 제작된 이온소스는 최적 조건에서 5 mm 인출구를 통하여 0.7 mA의 이온빔 인출이 가능하였으며, 9 mm 인출구를 사용한 경우 1 mA까지 이온빔 인출이 가능하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.208-208
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• 2011

최근 유연기판 기술을 기반으로 대면적 roll to roll 공정기술 개발이 활발히 연구됨에 따라 이에 적용 가능한 대면적 플라즈마 소스의 중요성이 대두되고 있다. 대면적 플라즈마 처리 공정에 적용 가능한 소스 중 closed drift 타입의 선형 이온 소스는 제작 및 대면적화가 용이함에 따라 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 선형 이온 소스를 다양한 표면처리 공정에 효과적으로 적용하기 위해서는 방전 특성에 대한 이해를 바탕으로 각 공정에 맞는 이온빔 전류 밀도, 방전 전압 등의 방전 인자 조절이 필수적이다. 본 연구에서는 표면 개질, 식각 및 박막 증착 등의 다양한 분야에 활용 가능한 선형 이온 소스를 개발하였으며, 선형 이온 소스를 통한 표면 식각 공정을 집중적으로 연구하였다. 전극 및 자기장 구조에 따른 선형 이온 소스 내 플라즈마 방전거동 분석을 위해 object oriented particle in cell(OOPIC) 전산모사를 수행하였으며, 이를 통해 식각 또는 증착 공정에 적합한 이온 소스의 구조 및 공정 조건을 예측하였다. 또한 OOPIC 전산모사를 통해 예측된 이온빔 인출 경향을 Faraday cup을 이용한 이온빔 전류 밀도 측정을 통해 확인하였다. 실리콘 기판 식각 공정의 경우, 이온 전류밀도 및 에너지에 따른 식각 거동 분석, 이온빔 입사각 변화에 따른 식각 특성 분석을 통해 최적 식각 공정 조건을 도출하였다. 특히, 이온빔 입사각 변화에 따른 식각률 변화는 일반적으로 알려진 입사각에 따른 스퍼터링율과 유사한 경향을 보였다. 이온빔 에너지 3 kV, Ar 압력 1.3 mTorr 조건에서 기판 정지 상태시 약 8.5 nm/s의 식각 속도를 얻었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2004년도 추계학술대회 논문집 전기설비전문위원
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• pp.122-126
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• 2004

직격뇌가 높은 건축물에 치거나 인접 건물로부터 뇌전류가 유입되었을 때 잘못된 피뢰설비로 인한 피해는 매우 심각한 실정이다. 낙뢰가 치는 순간에 반도체와 같은 민감한 전자부품을 사용하는 전자 및 통신기기는 뇌전류로 인한 전자기장의 영향으로 오동작이 발생하거나 부품의 손상을 입기가 쉽다. 본 논문에서는 건축물 구조체에 직격뇌가 유입되었을 때 건축물 구조체 및 건물 주위에 나타나는 전위분포특성을 연구하였다. 본 논문에서 30m 높이 건축물의 상부 모서리와 중앙부 그리고 건축물 하부 모서리와 중앙부로 뇌전류가 유입된다고 가정하여 건축물의 전계분포특성을 시뮬레이션하였으며, 뇌전류는 2중 지수함수형태로 모의된 20kA 임펄스 서지 전류를 주입하였다. 뇌서지 전류의 주파수 특성은 Fast Fourier Transform(FFT)을 이용하여 얻었으며, 얻어진 주파수 값을 이용하여 건축물 구조체와 인접지역의 Scalar Potentials과 Electric Fields의 특성을 시뮬레이션하였다. 또한 철골 빔 건축물의 철골 빔에 직접 뇌전류가 유입되는 경우와 건물 하부의 접지전극에 뇌전류가 유입되는 경우로 분리 하여 연구하였다. 그 결과 뇌전류의 유입경로가 건축물의 모서리부분 보다는 중심부에 위치될 때 전위 및 전계 크기가 작았으며 건축 철골구조물보다 건축물 하부에 접지전극이 설치될 때 더 낮은 전계 값을 갖는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.288-288
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• 2010

현대사회의 급속한 고령화로 암 환자의 수는 2002년 기준 약 10만 명에서 매년 7~10 %씩 증가되어 2012년에는 20만 명이 될 것으로 추정되어지고 있다. 수술, 방사선 치료, 약물요법 등이 주요 치료방법이며, 암 환자의 30-50 %가 전리 방사선치료를 받고 있다. 방사선치료는 19세기 말에 발견된 미지의 X-선이 희망의 방사선으로 변화하여 암의 진단 및 치료에 활용되고 있으며, 인간 삶의 질 향상에 핵심적인 역할을 담당하고 있다. 기존의 X-선이나 감마선의 단점을 극복 할 수 있는 입자 빔을 1970년대 미국의 캘리포니아 대학 Berkely National Laboratory에서 처음으로 암 치료에 적용하였다. 현재는 일본과 독일에서 활발하게 활용되고 있으며 국내에서도 입자 치료시설을 구축 또는 개발계획 중에 있다. 방사선치료의 완치율을 높이기 위해서는 정확한 선량을 암세포에 전달해야 한다. 환자에 전달되는 입자빔을 실시간으로 측정하는 기술이 연구되어지고 있다. 지금까지는 빔의 특성을 측정하기 위해 간섭적인 방법을 사용하였으나, 투과형 검출기를 개발하여 실시간으로 치료와 빔 특성을 동시에 수행하는 기술개발연구가 보고되고 있다. 본 연구에서는 Multileaf Faraday Cup (MLPC) 검출기 설계구조와 데이터 측정방법에 관한 연구를 수행하고자 한다. 빔의 전송 방향으로 3개층의 $4{\times}4$ 배열의 구조로 48 channel의 전류값을 측정하여 입자빔의 분포를 실시간으로 관측하고, 측정된 전류는 ADC를 거쳐 치료계획에 의해 선택된 영역의 SOBP를 유지하도록 range modulation propeller를 조절하는 feed-back system을 갖춘 방사선치료빔 실시간 측정장치 개발에 관한 결과를 보고하고자 한다.