• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.402.2-402.2
• /
• 2014

과학과 기술이 발전할수록 나노크기를 넘어서 나노 크기미만의 관찰 분해능과 가공능력이 필수로 요구되어 측정장비와 가공장비의 연구 및 개발이 매우 중요하다. 현재는 주사전자현미경과 투과전자현미경의 발달로 나노크기 이하의 이미징 분해능에는 도달하였지만, 전자 입자의 가벼운 무게 때문에 가공측면에서는 한계를 가지고 있다. 또한 지난 수십 년간 정밀가공에 사용된 갈륨이온 LMIS(Liquid Metal Ion Source)기반의 집속이온빔 시스템은 수십 nm의 가공정밀도를 가지지만 10 nm 미만의 가공정밀도까지 구현하기에는 현재 기술적인 한계로 힘들다. 나노크기 이하의 이미징 분해능과 수 nm의 가공정밀도를 갖는 이온현미경이 최근에 상용화되어 판매되고 있는데, 이 이온 현미경에 사용되는 것이 가스장 이온원(GFIS:Gas Field Ionization Source)이다. 가스장 이온원은 작은 발산각, 작은 가상 이온원 크기 그리고 좁은 에너지 퍼짐의 특징을 가지며 이에 따라 구면수차 및 색수차에도 둔감한 특징을 가지고 있다. 또한 LMIS 는 갈륨이온이 시편속에 파고들어 시편의 물질 특성이 변화되는 문제가 있지만, GFIS에서는 주로 He, Ne 와 같은 불활성 기체를 주로 사용하므로 시편과 반응을 최소화 할 수 있는 장점도 있다. 위와 같은 특징을 갖는 이온빔을 GFIS 로 생성하고 이온현미경에 사용하기 위해서는 이온빔이 팁의 단원자 내지 수 개 정도의 원자에서 생성되도록 해야 한다. 본 연구에서는 GFIS 의 원리를 소개하고 장(전계)이온현미경(Field Ion Microscope)실험을 통하여 GFIS기반으로 생성된 이온빔의 형상을 보여준다. 또한 높은 각전류밀도 구현을 위하여 질소가스 에칭으로 텅스텐 팁 끝 단원자에서만 이온빔을 생성하고, 각전류 밀도 계산과 안정도 실험결과로 본 연구에서 개발한 이온원이 이온총으로서의 이온현미경 적용 가능성에 대해 보여준다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2015.08a
• /
• pp.229.1-229.1
• /
• 2015

생체 시료인 세포나 조직을 분석을 위해 임의로 파괴하거나 훼손하지 않은 본래의 상태에서 세포에 존재하는 다양한 생체분자 물질의 질량과 조성을 분석하고 영상화할 수 있는 대기압 표면 질량분석 이미징 기술을 개발했다. 생체 시료의 표면을 질량 분석을 하기 위해서는 대기압 분위기에서 시료에 열적 손상이 없는 조건으로 시편의 이온화 및 탈착 과정이 이루어지게 하기 위해 저온 대기압 탈착/이온화원으로 저온대기압 플라즈마 젯과 펨토초 적외선 레이저를 결합하여 대기압 이온화원을 제작하였다. 기존에 잘 알려진 저온 대기압 플라즈마 젯 소자는 유리관에 방전기체를 흘려주고 전극에 고전압을 인가하는 방식으로 제작했으며, 또 다른 대기압 이온화원으로서 근적외선 대역의 고출력 펨토초 레이저 빔을 현미경용 대물렌즈로 집속하여 생체시료에 조사시켰다. 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 수준으로 빔을 집속할 수 있는 펨토초 레이저는 금나노로드의 도움으로 생체 시료를 매우 작은 수준으로 탈착하는 데 주로 사용하며, 수십 마이크로미터에서 수 밀리미터 정도의 크기를 가지는 저온 대기압 플라즈마 젯은 탈착된 물질을 이온화시키는데 사용하여, 이 두 가지 이온화원을 결합하여 이온화원으로 사용한다. 시료에서 발생한 이온을 질량분석기 입구까지 잘 끌고 갈 수 있도록 이온 전달관을 설계하고 보조펌프를 장착 사용한다. 이렇게 자체 개발한 대기압 이온화원을 상용 질량분석기기와 결합하여 대기압 분위기에서 시료의 표면을 질량분석할 수 있는 시스템과 측정 기술을 개발했다. 현미경 스테이지에 정밀 2-D 자동 스캐닝 스테이지를 장착하여 질량분석 정보에 공간 정보를 더할 수 있는 질량분석 이미징 기술 방법을 개발하여 생체 시편의 질량분석 이미징을 얻었다. 수분을 포함하는 생채시료로부터 단백질, 지질, 대사물질을 직접 분리하여 분석하는 이 새로운 질량분석법은 기존의 분석법에 비해 훨씬 더 많은 생체분자 정보를 얻을 수 있으며 공간정보를 더해 영상화할 수 있는 큰 장점이 있다. 대기압 표면 질량분석 기술은 생체시료를 파괴해서 용액화할 필요도 없으며, 진공 챔버에 넣기 위해 필요한 복잡한 전처리 과정 단계를 간략화 할 수 있으며 최종적으로는 살아있는 세포나 생체 조직도 정량 분석이 가능하여 생명과학 및 의료진단 분야에서 응용할 수 있는 분야는 무궁무진할 것이다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
• /
• v.17 no.6
• /
• pp.221-225
• /
• 2007

The effects of $Ga^+$ ion irradiation on the magnetic properties of the $Co_{73}Pt_{27}-TiO_2$ perpendicular magnetic recording media were investigated. As $Ga^+$ ion dose increased from $1\times10^{15}ions/cm^2\;to\;30\times10^{15}ions/cm^2$, the perpendicular magnetic anisotropy was degraded and no longer observed above $20\times10^{15}ions/cm^2$ dose. The deterioration of the perpendicular magnetic anisotropy and ferromagnetic properties can be attributed to the concentration profile change due to Ga+ ion implantation. The magnetic islands of $70\times70nm^2\;and\;100\times100nm^2$ size were successfully fabricated with $Ga^+$ ion irradiation.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
• /
• 2005.10a
• /
• pp.326-329
• /
• 2005

As a flexible method to fabricate sub-micrometer patterns, Focused Ion Beam (FIB) instrument and Self-Assembled Monolayer (SAM) resist are introduced in this work. FIB instrument is known to be a very precise processing machine that is able to fabricate micro-scale structures or patterns, and SAM is known as a good etch resistance resist material. If SAM is applied as a resist in FIB processing fur fabricating nano-scale patterns, there will be much benefit. For instance, low energy ion beam is only needed for machining SAM material selectively, since ultra thin SAM is very sensitive to $Ga^+$ ion beam irradiation. Also, minimized beam spot radius (sub-tens nanometer) can be applied to FIB processing. With the ultimate goal of optimizing nano-scale pattern fabrication process, interaction between SAM coated specimen and $Ga^+$ ion dose during FIB processing was observed. From the experimental results, adequate ion dose for machining SAM material was identified.

• Journal of the Korean Vacuum Society
• /
• v.15 no.3
• /
• pp.259-265
• /
• 2006

We measured sputtering yield of RF $O_2-plasma$ treated MgO protective layer for AC-PDP(plasma display panel) using a Focused ion Beam System(FIB). A 10 kV acceleration voltage was applied. The sputtering yield of the untreated sample and the treated sample were 0.33 atoms/ion and 0.20 atoms/ion, respectively. The influence of the plasma-treatment of MgO thin film was characterized by XPS and AFM analysis. We observed that the binding energy of the O 1s spectra, the FWHM of O 1s spectra and the RMS(root-mean-square) of surface roughness decreased to 2.36 eV, 0.6167 eV and 0.32 nm, respectively.

• Applied Microscopy
• /
• v.40 no.4
• /
• pp.177-183
• /
• 2010

A focused ion beam (FIB) system produces a beam of positive ions (usually gallium) which are heavier than electrons and can be focused by electrostatic lenses into a spot on the specimen. With its ability milling of the specimen material by 10 to 100 nm with each pass of the beam, FIB is widely adopted in materials science, semiconductor industry, and ceramics research. Recently, FIB has been increasingly employed in the field of biomedical sciences. Here we provide a brief introduction to FIB and its applications for a wide variety of biomedical research. The surface of specimen can be in situ processed and quasi-real time visualized by two beam combination of FIB and field emission scanning electron microscope (FESEM). Due to its milling process, internal structures can be exposed and analyzed: yeast cells, fungus-inoculated wheat leaf, mannitol particles in inhalation aerosols, and oyster shell. Serial blockface tomography with the system kindles 3-dimensional reconstruction researches in the realm of nervous system and life sciences. Two-beam system of FIB/FESEM is a versatile tool to be utilized in the biomedical sciences, especially in 3-dimensional reconstruction studies.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
• /
• 2003.05a
• /
• pp.22-22
• /
• 2003

원자로에서 핵분열에 의해 생성된 고에너지 중성자는 감속재를 통해 열평형에 의해 에너지가 낮춰져 통계적 분포, 즉 Maxwell-Boltzman 운동에 따른 에너지 스펙트림을 갖게 된다. 중성자 산란장치는 통상 단색빔을 이용하므로 단색기(monochiomator)를 통해 이 분포에서 특정 파장의 중성자빔을 인출, 즉 단색화한다. 이때 단색기는 각각의 중성자 산란장치에 사용할 수 있는 특정 파장의 중성자빔을 인출하면서도, 파장의 퍼짐을 적절하게 조절하여 높은 중성자속(neutron flux)을 가지며 분해능도 또한 좋아야 한다. 전통적으로 많이 사용하는 단색화 방법은 결정의 내부결함을 유도하여 만든 모자익(mosaic) 결정을 이용하는 것이다. 이 방법은 특정 파장을 얻으면서도 좋은 분해능과 높은 중성자속을 갖는 모자익 결정을 만들기가 어렵고, 한번 결정된 단색기의 특성을 바꿀 수 없는 단점이 있다. 1980년대부터 몇몇 그룹이 거의 완전하게 성장된 단결정 슬랩을 미세하게 구부려서 탄성변형을 주어 effective 모자익 구조를 발생시킨 '구부린 완전결정(bent perfect crystal, BPC)' 단색기를 개발하여 특정 목적에 활용하는 시도를 하였다. BPC 단색기는 단색화된 중성자빔을 집속(focusing)할 수 있으며, 결정의 구부림 정도를 조절하고 배치 기하를 바꿈으로써 다양한 특성을 갖는 단색빔을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이렇게 단색기의 기하학적 변수를 조절함으로써 회절빔의 집속도와 분해능을 조절할 수 있어서 잔류응력 측정이나 단결정 회절 및 집합조직 측정장치 등에 적용할 수 있다. 본 연구에서는 BPC 단색기의 원리와 여러 배치기하에 따른 빔의 특성을 소개하고자 한다.빔이 시료와 상호 작용하는 면적과 상호작용하지 않을 때의 빔을 회절모드에서 faraday cup으로 측정한 빔전류로 부터 계산하였다. Gibbsite에 대한 전자빔 조사 시 1분 이내에 급격한 Hydroxyl Ion(OH-)의 이탈로 인해 Cibbsite의 구조는 거시적 비정질화가 되며 시간증가에 따라 χ-alumina → ν-alumina → σ-alumina or δ-alumina의 순으로 상전이를 겪는다. 전자빔 조사 시 관찰된 회절자료의 가시적 변화를 통해 illumination angle 1.25mrad(Dose rate : 334 × 10³ e/sup -//sec·n㎡)일 경우 약 3초 이내에 비정질화가 시작됨을 알 수 있었고 이는 약 1 × 10/sup 6/ e/sup -//sec·n㎡ 의 전자선량에 해당되며 이를 기준으로 각각의 illumination angle에 대한 임계전자선량을 평가할 수 있었다. 실질적으로 Cibbsite와 같은 무기수화물의 직접가열실험 시 전자빔 조사에 의해 야기되는 상전이 영향을 배제하고 실험을 수행하려면 illumination angle 0.2mrad (Dose rate : 8000 e/sup -//sec·n㎡)이하로 관찰하고 기록되어야 함을 본 자료로부터 알 수 있었다.운동횟수에 의한 영향으로써 운동시간을 1일 6시간으로 설정하여, 운동횟수를 결정하기 위하여 오전, 오후에 각 3시간씩 운동시키는 방법과 오전부터 6시간동안 운동시키는 두 방법을 이용하여 품질을 비교하였다. 각 조건에 따라 운동시킨 참돔의 수분함량을 나타낸 것으로, 2회(오전 3시간, 오후 3시간)에 나누어서 운동시키기 위한 육의 수분함량은 73.37±2.02%를 나타냈으며, 1회(6시간 운

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
• /
• 2005.06a
• /
• pp.1194-1197
• /
• 2005

Micro nozzle is employed as a dynamic passive valve in micro fluidic devices. Micro nozzle array is used in micro droplet generation in bio-medical applications and propulsion device for actuating satellite and aerospace ship in vacuum environments. Aperture angle and the channel length of the micro nozzle affect its retification efficiency, and thus it is needed to produce micro nozzle precisely. MEMS process has a limit on making a micro nozzle with high-aspect ratio. Reactive ion etching process can make high-aspect ratio structure, but it is difficult to make the complex shape. Focused ion beam deposition has advantage in machining of three-dimensional complex structures of sub-micron size. Moreover, it is possible to monitor machining process and to correct defected part at simultaneously. In this study, focused ion beam deposition was applied to micro nozzle production.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
• /
• 2003.06a
• /
• pp.636-639
• /
• 2003

It is difficult to machine below 10 micrometers by conventional machining methods, such as micro-EDM. However, ultra micro machining using focused ion beam(FIB) is able to machine to 50 nanometers. In addition, 3 dimensional structures can be made by a combination of FIB and CVD to the level of 10 nanometers. Die ＆ moulds techniques are better than one-to-one machining techniques in the mass production of ultra size structures, in regards to production costs. In this case, the machining precision of die ＆ moulds affects produced parts. Also, it is advantageous to machine die ＆ moulds to the 10 micrometer level by FIB technique rather than other techniques. In this paper, the grooving characteristics for die ＆ mould materials by FIB were carried out experimentally in order to compare the machining characteristics of FIB with conventional machining methods. The results showed that the machining parameters and the scanning path of FIB affects the precision. The machined width and depth of the groove varied depending on the required depth due to the redeposition of the sputtered ion material accumulating on both the bottom and the side of the wall.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
• /
• v.28 no.8
• /
• pp.966-974
• /
• 2011

The use of ion beams in the micro/nano scale is greatly increased by technology development. Especially, focused ion beams (FIBs) have a great potential to fabricate the device in sub micro scale. Nevertheless, FIB has several limitations, surface swelling in low ion dose regime, precipitation of incident ions, and the redeposition effect due to the sputtered atoms. In this research, we demonstrate a way which can be used to fabricate mold structures on a silicon substrate using FIBs. For the purpose of the demonstration, two essential subjects are necessary. One is that focused ion beam diameter as well as shape has to be measured and verified. The other one is that the accurate rotational symmetric model of ion-solid interaction has to be mathematically developed. We apply those two, measured beam diameter and mathematical model, to fabricate optical lenses mold on silicon. The characteristics of silicon mold fabrication will be discussed as well as simulation results.