• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2006.06a
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• pp.438-440
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• 2006

포항가속기 연구소의 선형가속기와 빔 전송선에는 22개의 솔레노이드 전자석, 38개의 사극전자석 그리고 전자빔의 궤도 조절을 위한 29개의 2극 전자석이 있다. 전자빔의 정밀 제어를 위한 전자적 전원장치는 고정도, 고안정도 출력 특성을 가져야 한다. 이를 위하여 풀-브릿지 4-상한 DC-DC 컨버터 토플로지의 4단 병렬운전을 채택하였다. 전원장치의 입력전압은 직류 40V이고, 최대 출력전류는 직류 50A이며 그리고 스윗칭 주파수는 50 kHz이다. 고정밀, 고안정도 출력전류를 얻기 위하여 입력단의 전원 노이즈 및 전력변환부의 스윗칭 노이즈를 제거하여야 한다. 이를 위하여 채택된 low-pass 필터의 cut-off 주파수는 입력과 출력단 각각 26 Hz와 4.5 kHz 이다. 출력전류에서 전원장치로부처 발생하는 주파수 성분을 완벽하게 제거하였다. 출력전류의 분해능은 1mA 이하이며, 안정도는 10시간 이상 장시간의 경우 +/-15 ppm 이하이고 1시간 이하 단시간의 경우 +/-10ppm 이하이다. 본 논문에서는 풀-브릿지 4-상한 DC-DC 컨버터 토플로지의 4단 병렬운전을 채택한 전자석 전원장치의 구성, 특성 그리고 실험결과에 대하여 기술하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.241-241
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• 1999

본 연구는 상대론적 전자빔(300kV, 20KA, 60ns)과 펄스플라즈마의 발생 및 전파특성에 관한 것으로 세부 내용은 다음과 같다. Sub-Torr로 유지되는 다이오드에서 상대론적 전자빔의 발생이 이루어질 때 전자빔의 펄스너비 및 전류 상승시간을 다이오드 압력을 변인으로 하여 연구하였다. 펄스너비와 압력과의 관계식을 실험적으로 유도하였으며 다이오드 내에서 전자빔과 중성기체와의 충돌에 의한 기체이온화 모델로 설명하였다. 또한 Sub-Torr 도파관에서 상대론적 전자빔의 수송 특성을 연구하였으며 전자빔의 propagation window와 고압에서의 수송효율의 저하 원인을 밝혔다. 그리고 이 영역에서 매우 짧은 펄스 플라즈마의 형태로 형성되는 빔 유도 플라즈마채널의 이온밀도 및 conductivity를 진단하는 새로운 실험적 방법을 확립하였다. 한편 빔 수송효율 증대를 위한 한 방법으로 진공영역에서 지역화된 중성기체를 빔 선두부분에 위치시켜 지역적인 공간전하 중성화를 꾀하는 기법도 시험되었다. 마지막으로 중 출력(1kV, 10kA, 1ms) 규모의 자기플라즈마 동력학 장치를 제작하여 펄스 플라즈마를 발생시키고 그 특성을 조사하였다. 제작된 자기플라즈마 동력학 장치는 현재 기초과학 지원 연구소의 "한빛" 장치에 부착되어 초기 플라즈마 발생용으로 활용되고 있다.로 활용되고 있다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.107-107
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• 2009

모듈 형 터빈 다이아프람은, 아우터 링(outer ring), 스팀 패스(steam path)와 이너 웹(inner web)의 원형 형상을 갖는 세 부분을 조립하여 원주 방향의 용접 조인트를 형성하는 기존의 다이아프람 형태가 아니라, 아우터 슈라우드(outer shroud), 베인(vane)과 이너 슈라우드(inner shroud)의 세 부분이 하나의 모듈을 이루고 이러한 모듈을 원주 방향으로 조립하여 방사 방향의 조인트를 형성한다. 전자빔 용접은 이와 같은 방사 방향의 조인트를 수직으로 가로지르는 용접 궤적을 따라 진행되며, 용접 패스에 따라 형성되는 용융 비드의 단면적만큼 인접하는 두 모듈을 접합시킨다. 이 경우 용융 비드의 단면적과 형상은 두 모듈의 결합 강도를 결정하는 중요한 요소가 되어, 제작 시 다이아프람의 크기와 두께에 따라 용입 깊이와 평균 단면 비드 폭을 규정하고 있다. 본 연구에서는 용입 깊이와 단면 비드 폭의 요구 조건을 만족하면서 결함이 없는 건전한 용접부를 얻을 수 있는 최적 용접 조건을 도출하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 플레이트 시편과 모듈 시편을 사용한 기초 실험과 유사 시제품(semi-mockup) 실험을 실시하였다. 플레이트 기초 실험을 통해 전자빔 주요 변수인 빔 전류, 초점 위치, 용접 속도, 빔 진동 폭 변화에 따른 용융 비드 형상 변화를 관찰하였고, 빔 전류가 용입 깊이에 가장 큰 영향을 주는 인자임을 확인하여 요구 용입 깊이 별 적정 빔 전류 값을 설정하였다. 용접 속도는 생산성 측면에서 균열이 발생하지 않는 범위에서 가능하면 가장 큰 값을 사용하였고, 빔 진동 폭은 초점 위치와 함께 단면 비드 형상 결정에 많은 영향을 주는 인자로 확인되어 균열이 없는 가장 이상적인 단면 비드 형상인 완만한 쐐기 형태가 되도록 설정하였다. 이 후 실제 제품 폭과 용접 패스를 갖는 블록 모듈 실험을 통해 설정 용접 변수의 적용성과 균열 발생 여부를 확인하였고, 이 때 적용 제품 폭이 30 mm 이하이며 요구 용입 깊이가 50 mm 이상의 경우에서 비드 중앙부 균열이 발생함을 관찰하였다. 따라서 해당 영역의 제품에는 균열 저항성이 높도록 용접 속도와 빔 진동 폭을 줄여 최적 용접 변수를 새롭게 설정하였으며, 이를 유사 시제품 실험에 적용하여 최종적으로 용접 변수 안정성을 검증하였다. 이러한 실험을 통해 확인된 최적 용접 조건을 실 제품 제작에 적용하여 모듈 형 터빈 다이아프람 전자빔 용접 제작을 성공적으로 완료할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.370-370
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• 2010

최근 자연모사를 통한 초저마찰 연구가 활발히 진행되고 있으며 리소그라피, 레이져 가공법 등의 다양한 방법을 통해 표면구조 제어가 시도되고 있다. 본 연구에서는 자장여과 아크 플라즈마 이온 소스를 이용한 WC-Co 및 SCM 415 금속소재의 표면구조 형상제어를 통해 저마찰 특성을 시도하였다. 자장여과 아크 소스는 90도 꺽힘형이며 5개의 자장 코일을 통해 아크 음극에서 발생된 고밀도($10^{13}\;cm^{-3}$ 이상) 플라즈마를 표면처리 대상 기판까지 확산시켰다. 공정 압력은 알곤가스 1 mTorr, 아크 방전 전류는 25 A, 플라즈마 수송 덕트 전압은 10 V이다. 기판 전압은 비대칭 펄스 (-80 %/+5 %)로 -600 V에서 -800 V까지 인가되었으며 -600 V 비대칭 펄스 인가시기판으로 입사하는 알곤 이온 전류 밀도는 약 $4.5\;mA/cm^2$ 이다. WC-Co 시편의 경우 -600 V 전압 인가시, 이온빔 처리 전 46.4 nm(${\pm}12.7\;nm$)의 조도를 갖는 시편이 5분, 10분, 20분동안 이온빔 처리함에 따라 72.8 nm(${\pm}3\;nm$), 108.2 nm(${\pm}5.9\;nm$), 257.8 nm(${\pm}24.4\;nm$)의 조도를 나타내었다. SCM415 시편의 경우 -800 V 인가시, 이온빔 처리 전 20.4 nm(${\pm}2.9\;nm$)의 조도를 갖는 시편이 20분동안 이온빔 처리함에 따라 275.1 nm(${\pm}43\;nm$)의 조도를 나타내었다. 또한 주사전자현미경을 통한 표면 형상 관찰 결과, 이온빔 식각을 통해 생성된 거친 표면에 $3-5\;{\mu}m$ 직경의 돌기들이 산발적으로 생성됨을 확인했다. 마찰계수 측정 결과 SCM415 시편의 경우, 이온빔 처리전 마찰계수 0.65에서 조도 275.1 nm 시편의 경우 0.48로 감소하였다. 본 연구를 통해 이온빔 식각을 이용한 금속표면 제어 및 저마찰 특성 향상의 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.97-97
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• 1999

이온빔 스퍼터링을 이용해 유리 기판위에 Tin-doped Indium Oxide (ITO) 투명 전도성 박막을 성장시켜 이온빔의 전류밀도와 에너지 그리고 기판 온도에 따르는 ITO박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성을 분석하였다. 또한, 반응성 가스인 산소의 아르곤에 대한 유량비를 변화시켜 이온 빔 스퍼터링시에 산소 분압이 ITO 박막의 물성에 미치는 영향을 조사하였다. 이온 소스는 직경 5-cm인 cold hollow cathode ion gun을 이용하였으며 base pressure는 2$\times$10-5 Torr이며 가스 주입 후의 3$\times$10-4 Torr이하의 working pressure에서 박막을 증착하였다. 이온 전류 밀도는 5$\mu$A~15$\mu$A까지 변화시켰으며 이온 에너지는 0.7keV~1.3keV까지 변화시켰다. 반응성 가스는 아르곤에 대하여 Zmrp 0, 50, 100%까지 변화시켰으며 기판 온도는 50, 100, 150, 20$0^{\circ}C$로 변화시켰다. ITO 박막의 결정구조는 Ar 이온만으로 스퍼터링한 경우에는 XRD 상에서 [400] 방향으로 우선성장하였으며 산소분압이 증가함에 따라 [222] 방향으로 우선 성장함을 확인 할 수 있었다. 전기적 특성은 Ar ion에 Oxygen ion의 비율이 약간만 증가하여도 비저항의 큰 증가를 보여 주었다. 이는 산소 vacancy의 감소에 의한 것으로 여겨진다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.441-441
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• 2010

Hyperthermal neutral beam (HNB)은 박막 성장에 필요한 에너지와 반응 입자들을 동시에 공급할 수 있기 때문에 특히, 저온에서 박막을 성장시킬 때 매우 유용하다. 이와 같은 목적으로 race track 형태의 자기장 구조를 갖고 있는 2.45 GHz electron cyclotron resonance (ECR) plasma를 이용한 HNB 소스를 개발하였다. HNB 소스에서 인출되는 입자들은 중성 입자 뿐만 아니라 이온이나 전자와 같은 하전 입자들로 구성되어 있다. 그러나 양질의 HNB를 얻기 위해서는 하전 입자들의 구성 비율을 최소화해야 한다. HNB 소스는 하전 입자의 구성 비율을 1 % ($1{\mu}A/cm^2$) 이하가 되도록 설계되었다. 이것을 위해서 영구 자석의 자기장을 이용한 plasma limiter를 설계하였다. 대부분의 전자는 limiter 앞에 형성된 자기장의 구조와 반응하여 주로 gradient B drift와 curvature drift를 통하여 차단되고, 이온은 로렌츠 힘을 받아 빔 축으로 부터 벗어나도록 하였다. Limiter의 특성을 연구하기 위해서 정전탐침을 limiter에서 빔 축 방향으로 이동시키면서 I-V 곡선과 이온 포화 전류 및 전자 포화 전류를 측정하였다. 측정 결과를 바탕으로 plasma limiter의 성능을 검증하였고 문제점을 논의하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.422.2-422.2
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• 2014

가스장 이온원(GFIS: Gas Field Ionization Source)은 전자현미경보다 분해능이 향상된 이온현미경의 광원으로 사용하기 위하여 연구되고 있고, 큰 각전류 밀도, 작은 크기의 가상 이온원 그리고 좁은 에너지 퍼짐을 특징으로 한다. 여러 가지 장점을 가지고 있는 GFIS을 개발하기 위해서는 GFIS에서 발생된 이온빔의 형상을 관찰 것이 매우 중요하며, 이러한 관찰을 위한 시스템에는 주로 마이크로 채널 플레이트 (MCP: Micro Channel Plate)가 사용된다. MCP는 채널내부에 입사한 입자의 에너지에 의해서 생성된 이차전자를 수 천 배에서 수 백 만 배 이상 증폭시켜 형광판에 조사하고 발광시키는 방법으로 작은 신호를 영상으로 관찰 할 수 있도록 한다. MCP의 큰 증폭비는 작은 크기의 신호를 큰 신호로 증폭하여 관찰하는데 용이하여, GFIS 방법으로 생성된 이온빔(이온빔 전류 값은 pA 수준)을 관찰하기에 적합하다. 그러나 MCP를 이용하여도 증폭된 이온빔의 세기가 매우 작기때문에 생성된 이온빔 형상을 정확하게 관찰하기 위해서는 MCP의 형광판을 촬영하는 카메라 노출시간을 길게하여 데이터 수집 시간을 늘려야 하는 문제가 있다. 본 발표에서는 이온빔 형상 관찰에 소요되는 시간을 단축하기 위하여 MCP의 잡음이 GFIS의 이온빔 이미지 관찰에 미치는 영향을 분석하고 이를 제거 방법을 소개한다. 본 연구에서는 GFIS 방출 이온빔의 이미지에 포함된 MCP 잡음 특성을 장(전계)이온현미경 (Field Ion Microscope)실험을 통하여 분석하였고, 디지털 이미지 처리 방법을 이용하여 방출 이온빔 이미지에서 MCP 잡음을 제거하여 방출 이온빔 이미지만 추출할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 방법을 GFIS 방출 이온빔 관찰시스템에 적용함으로써 기존 방법에 비해 노출시간을 단축하여 방출 이온빔을 관찰 할 수 있었으며, 노이즈 제거 효과로 향상된 이온빔 형상을 얻을 수 있었다. 본 연구결과의 관찰시간 단축과 향상된 이온빔 형상 획득은 이온현미경 개발에 필수적인 단원자 이온빔을 보다 효율적으로 개발할 수 있으며 디지털 이미지 처리로 GFIS 이온빔 생성을 자동화하는데 응용할 수 있다. 더불어 기존방법에 비해 이미지 획득을 위한 MCP의 노출시간을 단축할 수 있으므로 실험장비 수명 단축 방지 및 관리에 큰 장점이 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.229.2-229.2
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• 2015

전자현미경은 전자빔을 이용하여 나노 수준의 분해능으로 초미세 구조물을 관찰할 수 있는 측정 장치이다. 이러한 전자를 소스로 사용하는 현미경에서 전자총의 특성을 파악하는 것은 전자현미경의 광학계를 설계하거나 그 성능을 평가할 때 매우 중요하다. 본 연구에서 제작한 전자총 평가 시스템은 전자총의 특성인 각전류밀도와 가상 전자원 크기를 측정할 수 있다. 이러한 특성을 정확하게 도출하기 위해서는 우선 가상 전자원의 위치를 알아야 한다. 전자총 평가 시스템은 전자총에서 방출된 전자빔을 형광 스크린에 조사하여 전자빔을 가시광선으로 변환하고, 형광 스크린 반대편에서 광학 현미경 렌즈가 장착된 카메라를 이용하여 빛으로 변환된 전자빔을 촬영하여 영상으로 획득 할 수 있다. 본 발표는 이렇게 획득한 영상에서 MathWorks(R)사의 MATLAB(R) 소프트웨어를 이용하여 물리적인 거리를 도출하기 위하여 사용하는 영상처리기법을 소개한다. 사용한 영상처리는 픽셀을 기반으로 계산하였으며, 취득 영상의 잡음을 제거하는 방법, 형광 스크린에서 획득한 전자빔에서 전자빔의 중심점 찾는 방법 및 이동한 전자빔의 거리를 계산하는 방법 등이 있다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.2 no.3
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• pp.304-313
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• 1993

집속 이온빔 기술은 고해상도의 이온빔 리토그라피, 마스크가 필요없는 이온주입, 그리고 Ion beam induced deposition 등 반도체 소자의 미세가공에 널리 이용되어 왔다. 좋은 안정도와 높은 전류밀도, 적은 에너지 퍼짐 그리고 낮은 에미턴스와 높은 선명도를 갖는 집속 이온빔 장비를 위한 액체 갈륨 이온원이 한국에서 개발 시업되었다. 이온빔의 전압이 15kV, 렌즈전압이 7kV 그리고 렌즈상단에 위치한 aperture의 직경이 0.2mm일 때, 0.1$mu extrm{m}$의 빔 직경으로 집속되는 정전 einzel렌즈가 설계 조립되었고, FIB 진공 chamber는 렌즈부와의 차 등 진공시스템으로 구성되어 설계제작되었다. FIB 장비가 조만간 한국에서 이온빔 밀링, ion beam induced deposition 그리고 잘못된 부분의 수정 등 반도체 제작공정에서의 응용에 큰 기여를 할 것이라 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.545-545
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• 2012

집속이온빔장치(FIB: Focused Ion Beam System)에 사용하는 액체금속이온원(LMIS: Liquid Metal Ion Source)은 고 전류밀도, 고 휘도, 낮은 에너지퍼짐 등 많은 장점이 있다. 집속이온빔장치는 주로 표면 분석, 집적 회로의 수정, 마스크 교정(Repair) 및 잘못된 부분의 분석(Failure Analysis) 등에 사용되고 있는데 최근에는 고 분해능의 이온빔 리소그래피와 이온 주입의 기술 및 미세가공 기술 등의 분야에 집중되고 있으며 이를 위해서는 집속이온빔장치의 수렴성(Convergence)을 개선해 나가는 것이 중요하다. 집속이온빔장치의 수렴성은 이온빔의 에너지 퍼짐(Energy Spread)과 각 분포(Angular Distribution)에 많은 영향을 받으며 에너지퍼짐 특성은 색수차에 직접적인 영향을 준다. 수렴성을 개선하기 위해 기존의 에미터(Emitter), 저장소(Reservoir), 추출극(Extractor)으로 제작된 액체금속이온원에 서프레서(Suppressor)라는 새로운 전극을 사용하여 이 전극의 유 무에 따른 각 분포의 변화에 대해 연구하였다.