• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.190-190
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• 1999

박막 표면에 대한 경원소 분석법인 탄성 되튐 반도법을 개발하여 수소, 탄소, 질소등 분석에 이용하고 있다. 이때 입사 입자로 Cl 9.6MeV를 이용하였는데, 표적 표면에 탄소막이 흡착되는 현상을 발견하였다. cold trap 및 cold finger를 사용하여 진공도를 개선하므로서, 탄소막 흡착의 한 원인으로 알려져 잇는 chamber 주변의 진공도 변화를 시켜보았다. 하지만 전혀 탄소막이 생기지 않는 10-10torr 이하 진공을 만드는 것은 많은 비용과 장비를 필요로 하는 상당히 힘든 작업이어서, 이차적으로 탄소막이 표적 표면에 달라 붙게 하는 원인으로 추정되는 이차 전자의 발생을 고에너지 이온빔으로 조사하였다. 일반적으로 이차전자의 발생은 이온빔과 표적과의 충돌에 의한 고체 표면으로부터의 전자방출 현상으로 오래전부터 연구되어져 왔다. 여기에는 두가지 다른 구조가 존재하는 것으로 알려져 있다. 그 중 하나는 입사 입자의 전하와 표적 표면사이 작용하는 potential 에너지가 표적 표면의 일함수(재가 function) 보다 클 때에 일어나는 potential emission이다. 즉 표적 궤도에 존재하는 전자와 입사 이온빔 사이의 potential 이 표적의 전자를 들뜨게 만들고, 이 potential의 크기가표적의 표면 장벽 potential 보다 충분히 클 뜸 전자가 방출하는 현상을 말한다. 다른 또 하나의 방출구조로는 입사 이온이 표적 표면의 원자와의 충돌에 의해 직접저인 에너지 전달을 통한 전자 방출을 말하는데, 이를 kienetic emission(이하 KE)이라 한다. 본 연구에서는 Tandem Van de graaff 가속기로 고에너지 이온빔을 만들어 Au에 충돌시키므로서 kinetic emission을 통하여 Au에서 발생한는 이차전자의 방출 수율 및 에너지를 측정하였다.장구조로 전체 성장 양식을 예견할 수 있다. 일반적인 경향은 Ep가 커질수록 fractal 성장형태가 되며, Ed가 적을수록 cluster 밀도가 작아지나, 같은 Ed+Ep에 대해서는 동일한 크기의 팔 넓이(수평 수직 방향 cluster 두께)를 가진다. 따라서 실험으로부터 얻은 cluster의 팔 넓이로부터 Ed+Ep 값을 결정할 수 있고, cluster 밀도와 fractal 차원으로부터 각각 Ed와 Ep값을 분리하여 얻을 수 있다. 또한 다층 성장에 대한 거칠기(roughness) 값으로부터 Es값도 구할 수 있다. 양방향 대칭성을 갖지 않은 fcc(110) 표면과 같은 경우, 형태는 다양하지만 동일한 방법으로 추정이 가능하다. (110) 표면의 경우 nearest neighbor 원자가 한 축으로 형성되고 따라서 이 축과 이것과 수직인 축에 대한 상호작용이나 분산 장벽 모두가 비대칭적이다. 따라서 분산 장벽도 x-축, y-축 방향에 따라 분리하여 Edx, E요, Epx, Epy 등과 같이 방향에 따라 다르게 고려해야 한다. 이러한 비대칭적인 분산 장벽을 고려하여 KMC 시뮬레이션을 수행하면 수평축과 수직축의 분산 장벽의 비에 따라 cluster의 두께비가 달라지는 성장을 볼 수 있었고, 한 축 방향으로의 팔 넓이는 fcc(100) 표면의 경우 동일한 Ed+Ep값에 대응하는 팔 넓이와 거의 동일한 결과가 나타나는 것을 볼 수 있다. 따라서 이러한 비대칭적인 모양을 가지는 성장의 경우도 cluster 밀도, cluster 모양, cluster의 양 축 방향 길이 비, 양 축 방향의 평균 팔 넓이로부터 각 축 방향의 분산 장벽을 얻어낼 수 있을 것으로 보인다. 기대할 수 있는 여러 장점들을 보고하고자 한다.성이 우수한 시편일수록 grain의 크기가 큰 것으로 나타났고 결정성이 우수한 시편의 경우에서는 XR

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.14 no.3
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• pp.747-754
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• 1990

Since Ion sputter machining can perform removing processing in atom or molecule units in vacuum state, it has the merit that high precision processing is possible. In this study, therefore, the effect of incidence ion beam is certified to processing amount and surface roughness when longtimed processing is applied. As a result, processing amount is made almost constant with time and the best processing condition is achieved when the incidencial angle of ion is 55.deg.. In addition, processing time for the good surface roughness is different respectively to the quality of material and longtimed processing has some defect for achieving good surface roughness.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.37-37
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• 1999

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 핵융합 토카막 실험 장치의 플라즈마 가열을 위한 수소 중성입자빔 수송라인 내에 설치되는 collimator에 가해지는 열속 및 플라즈마에 전달되는 빔의 통과율을 해석하였다. 43cm$\times$12cm 크기의 이온원으로부터 방출되는 이온빔의 공간적 분산은 기본적으로는 Gaussian 분산(수직바향으로 1.2$^{\circ}$, 수평방향으로 0.5$^{\circ}$)의 형태를 가지지만 이온 가속 전장의 공간적 불균일로 인해 Gaussian 분산에서 다소 벗어나는 형태를 띠게 되는데, 이의 영향을 고려할 수 있는 수학적 모델을 정립하였다. 해석에 고려된 요소들은 다음과 같다. 이온원을 수많은 점원의 집합으로 가정하여 각각의 점원으로부터 주어진 공간적 분산을 가지는 이온들이 방출되는 것으로 가정하였으며, 방출된 이온은 중성화 과정을 거쳐 40%의 이온만이 중성입자화되며, 중성화되지 않은 60%의 이온들은 bending magnet에서 ion dump로 유도되어 사라지며, 나머지 중성입자들은 직진 운동을 하게 된다. 빔 진행 도중 빔 중앙에서 크게 벗어나는 일부 중성입자들은 여러 겹으로 존재하는 빔 collimator에 의해 단계적으로 제거되며, 일부 중성입자들은 잔류 수소기체에 의한 재이온화 과정을 거치기도 한다. 여기서는 정립된 수학적 모델을 이용하여 이들 collimator에서 제거되는 양 및 재이온화 손실들을 고려하여 최종적으로 플라즈마에 입사되는 중성입자 빔을 계산하였다. 한편, 빔 수송라인 설치시에 발생할 수 있는 설치 오차를 이온원 설치시의 오차와 빔 collimator 설치상의 오차로 구분하여 이들의 의한 영향도 계산하였다. Gaussian 분산을 가정하였을 경우, 이온원에 가장 근접하여 설치되는 collimator에 가해지는 수직성분의 열속은 9.7kW/cm2로 계산되었다. 이 열속을 제어 가능한 수준으로 낮추기 위해서 collimator는 빔 라인과 거의 나란하게 설치될 것이다. 빔의 통과율은 약 33%로서 하나의 이온원에서 방출된 7.8MW 중 2.5 MW만이 플라즈마에 전달되는 것을 알 수 있었다. Non-Gaussian 분산의 경우, 최대 열속은 9.1kW/cm2로 다소 낮아졌으나, 빔통과율은 28%정도로 더욱 낮아졌다. 설치상의 오차에 의한 영향을 살펴보면, 이온원이 1$^{\circ}$ 정도 기울어지게 설치된다면 collimaor에 가해지는 최대 열속 및 빔통과율은 약 15kW/cm2, 16.6% 정도로 나타나 매우 심각한 결과를 초래함을 알 수 있었다. 이에 비해 collimator 설치상의 오차의 영향은 이보다 훨씬 작아 5mm 오차가 발생했을 경우에도 최대 열속은 12kW/cm2까지 증가했으나, 빔 통과율의 변화는 거의 없었다.

• 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 Institute of Surface Engineering Conference
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• 2003.05a
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• pp.56-56
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• 2003

플라즈마 식각에서 물리적 손상과 전기적 손상은 차세대 Nanoscale 소자와 Deep - Submicron 반도체공정에서 해결되어야 할 가장 큰 문제 중 하나이다. 이 중 전기적인 손상을 줄이기 위한 몇 가지 무손상 공정이 제시되고 있으며, 그러한 기술 중의 하나가 이온빔의 Low Angle Forward Reflection을 이용한 식각방법이다. Low Angle Forward Reflection방법은 이온소오스로부터 발생시킨 이온을 Low Angle 에서 Reflection-시켜 이온빔을 중성화되도록 하는 방법으로, 이전 연구를 통해 Reflection시 입사각이 5도일 경우 대부분의 이온들이 중성화되는 결과를 얻었다. 또한, 실험에 사용된 $SF_6,{\;}NF_3,{\;}CF_4$와 같은 모든 가스종에서 유사한 값의 중성화 정도를 관찰할 수 있었으며, 이러한 가스를 이용하여 $Si0_2$ 식각시 Vertical한 Profile 결과를 얻었다. 본 연구에서는 기존 Grid 장치에서 이온소오스 부분에 Low Angle Forward Reflected Neutral Beam을 위한 판형 Reflector를 부착하였으며, 이에 따라 중성빔의 Flux가 크게 향상되며 Beam의 직진성을 향상시킬 수 있었다. 또한, F계열 가스를 이용한 실험을 통해 $Si0_2$ 식각율과 식각특성 면에서 향상된 실험결과를 얻을 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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• 2013.02a
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• pp.488-488
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• 2013

일반적으로 sputtering 방식을 이용한 박막 증착 방법은 장치가 간단하고 고품질의 박막이나 균일한 박막을 만들 수 있는 장점이 있어 널리 사용된다. 본 연구에서는 기존의 sputtering 방식에 Modulation technology를 적용하고자 한다. Modulation technology를 이용하여 전원의 pulse on 시에는 일반적인 sputter 방식으로 기판에 박막을 증착하고 pulse off 시에는 양의 전압을 인가하여 이온빔을 발생시킨 후 기판에 입사시키는 방식을 적용하여 박막 형성의 특성을 향상시키고자한다. 이는 고온의 heater 및 이온빔이나 레이저, 플라즈마 소스 등의 추가적인 에너지원의 장치가 필요 없이 고품질의 박막의 특성을 향상시키는 기대 효과가 있다. Modulated Sputtering System (MSS)에 인가되는 전압과 전류의 특성을 관찰하였으며 MSS에 인가하는 전압과 frequency, 그리고 duty cycle 변화에 따른 이온 에너지 분포를 에너지 분석기를 통해 측정하였다. 또한 Langmuir probe를 이용한 afterglow plasma 상태에서의 이온전류를 측정하였다. 그리고, MSS 이용하여 Ti 박막을 증착하였으며 박막의 특성을 분석하기 위하여 a-step, SEM, XRD, AFM을 이용하여 두께, 결정성장면, 표면 거칠기를 측정하였다. 측정 결과 기판에 입사되는 양이온의 에너지가 증가함에 따라 (002) 결정면 방향에서 (100) 결정면 방향으로 증착되고 표면 거칠기가 낮아짐을 측정하였다. 또한 Graphite 타겟을 이용한 carbon 박막을 증착하였으며 박막의 특성을 분석하기 위하여 Raman을 이용한 분석 결과 양이온의 에너지가 증가함에 따라 박막내의 sp3 함유량이 변화함을 측정하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.5 no.2
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• pp.239-245
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• 1995

Mn-Zn ferrite thin films were deposited on $SiO_2(1000 \AA)/Si(100)$ by ion beam sputtering using a single ion source. A mosaic target consisting of a single crystal(ll0) Mn-Zn ferrite with a Fe metal strip on it was used. As-deposited films without oxygen gas flow have a wiistite structure due to oxygen deficiencies, which originated from the extra metal atoms sputtered from the metal strips during deposition. The as-deposited films with oxygen gas flow, however, have a spinel structure with (111) preferred orientation. The crystallization of thin films was maximized at the ion beam extraction voltage of 2.lkV, at which the deposited films are bombarded appropriately by the energetic secondary ions reflected from the target. As the extraction voltage increased or decreased from the optimum value, the crystallinity of thin films becomes poor owing to a weak and severe bombardment of the secondary ions, respectively. Crystallization due to the bombardment of the secondary ions was also maximized at the beam incidence angle of $55^{\circ}$. The as-deposited ferrite thin films with a spinel structure showed ferrimagnetism and had an in-plane magnetization easy axis.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.40 no.8
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• pp.765-769
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• 2003

Time-Of-flight Impact-Collision Ion Scattering Spectroscopy (TOF-ICISS) using 2 keV He$\^$+/ ion was applied to study the geometrical structure of the Si(100) surface. The scattered ion intensity was measured along the [011] azimuth varying the incident angle. The focusing effects were appeared at the incident angles of 20$^{\circ}$, 28$^{\circ}$, 46$^{\circ}$, 63$^{\circ}$, and 80$^{\circ}$. The Si atomic position was simulated by calculating the shadow cone to explain the five focusing effects. The four focusing effects at 28$^{\circ}$, 46$^{\circ}$, 63$^{\circ}$, and 80$^{\circ}$ resulted from the {011} surface where no dimers existed on the outermost surface. On the contrary, the scattering between two Si atoms in a dimer resulted in the focusing peak at 20$^{\circ}$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.121.1-121.1
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• 2016

RAON은 우라늄과 같은 무거운 이온을 가속시키는 한국형 중이온 가속기로서 현재 양산에 필요한 실험 시설이 구축되고 있다. 이온원을 생성하고 생성된 중이온 빔을 손실 없이 가속시키기 위해서는 빔의 경로인 입사기장치, 가속장치, 실험장치에서 요구하는 최적의 진공 설계가 이루어져야 하며, 이를 제어하기 위해 진공 기기들과의 데이터 통신 및 기기를 보호하기 위한 인터록 로직을 구성하여야 한다. RAON의 진공부 인터록 로직 및 제어 시퀀스는 Programmable Logic Controller (PLC)으로 구성되며, Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) 환경에 통합되어 중앙 제어 시스템에서 관리됨과 동시에 Control System Studio (CSS)를 통해 모니터링 될 것이다. 이를 위해서는 CSS 및 PLC 와 데이터를 송수신할 수 있는 EPICS IOC를 구성하여야 한다. 본 문서에서는 진공 기기들의 정보를 로컬 PLC에서 수집하고, 진공 상태 및 진공 기기들의 작동을 위한 User Interface (UI) 및 EPICS IOC를 구성하는 방법에 대해 논의할 것이다. 진공부 제어 사전 테스트를 위해 프로토 타입 진공 제어 시스템을 구성하였으며, 이를 바탕으로 추후 최적화 된 RAON의 진공 제어 시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대한다.