• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.28 no.2
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• pp.245-250
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• 2011

A high-resolution shadow mask, a nanostencil, is widely used for high resolution lithography. This high-resolution shadowmask is often fabricated by a combination of MEMS processes and focused ion beam (FIB) milling. In this study, FIB milling on 500-nm-thin SiN membrane was tested and characterized. 500 nm thick and $2{\times}2$ mm large membranes were made on a silicon wafer by micro-fabrication processes of LPCVD, photolithography, ICP etching and bulk silicon etching. A subsequent FIB milling enabled local membrane thinning and aperture making into the thinned silicon nitride membrane. Due to the high resolution of the FIB milling process, nanoscale apertures down to 60 nm could be made into the membrane. The nanostencil could be used for nanoscale patterning by local deposition through the apertures.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2009.05a
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• pp.211-211
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• 2009

높은 이온화율과 복잡한 형상의 모재에도 표면 도포성 및 균일성을 나타내는 아크이온플래이팅 기술과 비전도성 세라믹 타겟물질에 적용가능한 스퍼터링 기술이 결합된 하이브리드 코팅 시스템(Hybrid coating system)을 이용하였다. 그리고 Cr-Al-N과 Cr-Si-N 코팅막의 강화 기구를 복합시킨 새로운 개념의 Cr-Al-Si-N 코팅막을 초경(WC-Co)시험편에 증착하여 Si 첨가량에 따른 미세구조의 미세경도 특성을 파악하였다. 공구성능 평가는 고속가공조건하에 마이크로 밀링기에서 무코팅(초경공구), Cr-Al-Si-N (Si : 0, 4.5, 8.7, 16 at.%) 코팅 마이크로엔드밀에 대하여 공구마멸에 대한 공구수명을 비교, 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2006.05a
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• pp.489-490
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• 2006

To establish fabrication techniques for nano structure understanding of focused ion beam (FIB) milling process is required. In this study the mathematical model containing the factors related to FIB milling is developed to acquire the optimal fabrication condition. Then, the model is verified by comparison with various nano pattern fabricated in actual FIB system. Consequently, it is demonstrated that the nano patterns with the smallest pitch can be fabricated using developed FIB milling model.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2005.06a
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• pp.1194-1197
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• 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 Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.330-331
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• 2011

희토류 이온이 첨가된 형광체는 조명, 정보 디스플레이, 태양 에너지 변환 소자에 응용 가능하기 때문에 상당한 주목을 받고 있다. 특히, 결정 입자의 형상과 크기는 산업체 응용에 있어서 중요한 변수 중의 하나이다. 구형의 형광체 입자는 형광층의 광학 및 기하학적 구조를 최적화 시킬 수 있고, 결정 입자의 크기는 양질의 코팅을 위해 필요한 결정 입자의 양에 영향을 미친다. 본 연구에서는, $YVO_4$ 모체 결정에 Eu 이온의 농도를 선택적으로 주입하여 발광 효율이 높은 적색 형광체를 합성하고자 한다. 형광체 분말 시료는 활성체인 Eu의 함량을 0.00, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 mol로 변화시키면서 고상 반응법을 사용하여 합성하였다. 볼밀링 작업을 수행한 후에, 60$^{\circ}C$에서 20시간 건조하였고, 잘게 갈아서 체로 걸러낸 다음에 세라믹 도가니에 넣고 전기로에서 서서히 온도를 승온시켜 500$^{\circ}C$에서 10시간 동안 하소를 실시한 후에 1,100$^{\circ}C$에서 5시간 동안 소결하였다. Eu 이온의 함량비를 변화시켜 합성한 $YVO_4$ : Eu 형광체 분말 시료의 발광 세기의 변화, 결정 구조와 표면 형상을 각각 PL과 PLE, XRD, FE-SEM 장치를 사용하여 측정한 결과들을 종합해 볼 때, Eu 이온의 비가 0.15 mol일때 발광 세기가 최대값을 나타냄을 알 수 있었으며, 더욱 Eu의 함량을 증가시키자 농도 억제 현상에 의하여 발광 세기는 급격히 감소함을 보였다. SEM으로 촬영한 결정 입자의 형상의 경우에, Eu 이온의 함량비가 증가함에 따라 결정 입자들이 더욱 조밀하게 구형에 가까운 형상을 나타냄을 관측할 수 있었다(Fig. 1). 형광체 분말의 형광 스펙트럼의 경우에, 619 nm에 주 피크를 갖는 적색 형광 스펙트럼들이 관측되었으며, Eu 이온의 함량비에 따라 형광 세기는 상당한 의존성을 나타내었다(Fig. 2). Eu 함량에 따른 결정입자의 크기, 형광 세기와 회절 피크의 반치폭 사이의 상관 관계를 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.165-165
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• 2013

희토류 발광 물질은 4f 껍질에 위치하는 전자의 독특한 특성 때문에 발광 소자와 디스플레이에 그 응용성을 확장하고 있다. 본 연구에서는 고효율의 적색과 주황색 형광체를 합성하기 위하여 모체 격자 CaNb2O6에 희토류 이온인 유로퓸과 사마륨을 치환 고용하여 최적의 합성 조건을 조사하였다. Ca1-1.5xNb2O6:REx3+ (RE=Eu, Sm) 형광체 분말 시료는 고상반응법을 사용하여 활성제 이온인 Eu3+와 Sm3+의 농도비를 0, 0.01, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 mol 로 변화시키면서 합성하였다. 초기 물질 CaO, Nb2O5, Eu2O3와 Sm2O3을 화학 적량으로 측정하고, 400 rpm의 속도로 24시간 밀링 작업을 수행한 후에, 건조기 $60^{\circ}C$에서 28시간 건조하고, 시료를 막자 사발에서 갈아 세라믹 도가니에 담아 튜브형 전기로에서 분당 $5^{\circ}C$의 비율로 승온시켜 $500^{\circ}C$에서 5시간 동안 하소와 $1,100^{\circ}C$에서 6시간 소결하여 합성하였다. Eu3+가 도핑된 경우에, 발광 스펙트럼은 Eu3+ 이온의 농도비에 관계없이 강한 적색 발광 스펙트럼이 616 nm에서 관측되었다. 이외에도, 596 nm와 708 nm에서 상대적으로 발광 세기가 약한 주황색 발광과 적색 발광 신호가 검출되었으며, 541 nm에서는 매우 약한 녹색스펙트럼이 관측되었다. Eu3+ 이온의 농도비에 0.01 mol에서 0.15 mol로 증가함에 따라 주발광 신호의 세기는 점점 증가하였으며, 0.15 mol에서 최대 발광 세기를 나타내었다. Eu3+ 이온의 농도비가 0.20 mol 로 더욱 증가함에 따라 주 피크의 세기는 농도 소강 현상에 의하여 현저히 감소함을 보였다. 한편, 주된 흡광 스펙트럼은 279 nm에서 나타났는데, 이것은 전하전달밴드 신호이다. Sm3+가 도핑된 형광체 분말의 발광 스펙트럼은 모든 시료의 경우에 613 nm에서 강한 적주황색 발광 스펙트럼이 관측되었고, 상대적으로 세기가 약한 570 nm와 660 nm에 피크를 갖는 황색과 적색 발광 스펙트럼이 발생하였다. 흡광과 발광 스펙트럼의 최대 세기는 0.05 mol에서 나타났으며, Sm3+ 이온의 농도비가 더욱 증가함에 따라 흡광과 발광 세기는 급격하게 감소하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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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.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.23 no.3 s.180
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• pp.56-60
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• 2006

A high-resolution shadow mask, or called a nanostencil was fabricated for high resolution lithography. This high-resolution shadowmask was fabricated by a combination or MEMS processes and focused ion beam (FIB) milling. 500 nm thick and $2{\times}2mm$ large membranes wore made on a silicon wafer by micro-fabrication processes of LPCVD, photolithography, ICP etching and bulk silicon etching. A subsequent FIB milling enabled local membrane thinning and aperture making into the thinned silicon nitride membrane. Due to the high resolution of the FIB milling process, nanoscale apertures down to 70 nm could be made into the membrane. By local deposition through the apertures of nanostencil, nanoscale patterns down to 70 nm could be achieved.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.10a
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• pp.871-874
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• 2004

Fabrication of a high-resolution shadow mask, or called nanostencil, is presented. This high-resolution shadowmask is fabricated by a combination of MEMS processes and focused ion beam (FIB) milling. 500 nm thick and 2x2 mm large membranes are made on a silicon wafer by micro-fabrication processes of LPCVD, photolithography, ICP etching and bulk silicon etching. Subsequent FIB milling enabled local membrane thinning and aperture making into the thinned silicon nitride membrane. Due to high resolution of FIB milling process, nanoscale apertures down to 70 nm could be made into the membrane.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2005.10a
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• pp.318-321
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• 2005

FIB (Focused ion Beam) milling on a 500-nm-thick silicon nitride membrane was studied in order to fabricate a high-resolution shadow mask, or called a nanostencil. The silicon nitride membrane was fabricated by MEMS processes of LPCVD, photolithography, ICP etching and bulk silicon etching. The apertures made by FIB milling and normal photolithography were compared. The square metal pattern deposited through FIB milled shadow mask showed 6 times smaller comer radius than the case of photolithography. The results show high resolution patterning could be achieved by local deposition through FIB milled shadow-mask.