• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.269-270
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• 2012

Strip 강판의 코팅막의 밀착력 향상을 위하여 강판 표면의 에칭은 필수적이다. 본 연구에서는 대전류 이온원을 이용하여 Strip 강판 에칭에 적용 가능한 장시간 사용 가능한 대전류 이온원의 개발과 고속 이온빔에칭 공정 조건을 개발하였다. 대전류 이온원의 내구성 향상을 위하여 필라멘트등 이온원의 부품 개선을 통하여 장시간 사용 가능한 대전류 이온원 개발하여 이온원의 내구성을 120hr 이상 확보하였다. 또한 이온원의 인출전극에 관한 기초연구 수행을 통해 11nm/s(Si wafer 기준)이상의 고속 이온빔에칭 공정조건을 개발하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.05b
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• pp.941-945
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• 1998

헬리콘 플라즈마는 낮은 입력전력에서 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있는, 지금까지 알려진 가장 효율적인 플라즈마 발생방법이다. 이러한 헬리콘 플라즈마의 특성을 이용하여 대전류의 이온원이 요구되는 원자력용 가속기의 이온원으로의 적용을 위한 연구를 수행하였다. 원자력용 가속기의 이온원으로서 요구되는 소형화된 헬리콘 플라즈마원을 개발하고, 플라즈마의 특성을 분석하였으며, 모의로 제작된 빔인출부를 통하여 이온 및 전자의 인출특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.233-233
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• 2011

ECR 이온원을 가볍고 작게 하면서 운전을 단순화함으로써 유지보수를 최소화하는 것은 특히 의료용 중입자 가속기에서 매우 중요한 조건 중 하나가 된다. 탄소 다가 이온을 만들어내기 위한 의료용 중입자가속기의 이온원으로 영구자석형 ECR 이온원을 개념 설계하였다. 영구자석은 이온원 입출구에서 강력한 축방향 자장을 만들기 위한 솔레노이드 자석 두 개와 반경방향 자장을 만들어 주기 6극 자석으로 구성된다. 또한 축방향 자장 흐름을 효과적으로 만들어주기 위한 두 개의 링 형 자석을 추가하여 자장의 강도를 높였다. 그러나 영구자석으로만 만들어진 자장 구조는 제작과 동시에 고정이 되어 수정이 불가능하기 때문에 제작 후 매우 제한적인 운전영역을 가질 뿐 만 아니라 최악의 경우에는 운전조건을 찾지 못하는 경우도 발생할 수 있다. 따라서 본 설계에서는 그림과 같이 두 개의 작은 보조 솔레노이드 전자석을 추가하여, 최소한의 운전조건으로 ECR 이온원의 공명영역을 결정하는 최소 자장의 구조뿐만 아니라 축방향 자장의 세기도 각각 능동적으로 제어할 수 있도록 하였다. 또한 마이크로파원으로는 TWT (Traveling Wave Tube)를 사용하여 10 GHz에서 14 GHz 까지 다양한 주파수에서 운전이 가능할 수 있도록 설계하였다. 이러한 설계를 통하여 다양한 운전조건을 가질 수 있는 안정된 ECR 이온원을 부피가 작으면서도 유지보수를 최소화하는 구조로 만들 수 있으며, 본 이온원은 탄소 다가 이온을 만들어내기 위한 목적뿐 만 아니라 다양한 중이온을 작은 규모로 만들어내기 위한 장치에서도 사용될 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.133-133
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• 2010

중성입자빔 입사장치(neutral beam injection, NBI)의 중성빔 에너지 효율은 이온원의 수소 이온밀도 분율이 결정한다. 이온원에서 만들어진 $H^+$, $H_2^+$ 그리고 ${H_3}^+$는 중성화 과정(neutralization) 중 해리(dissociation) 때문에 각각 입사 에너지의 1, 1/2 그리고 1/3을 가진 중성입자가 된다. 중성빔 에너지 효율 제고하기 위해서는 이온원의 전체 이온 중 단원자 수소 이온 밀도 증가가 필요하다. 유도결합형 수소 플라즈마 이온원에서 RF 안테나 주파수에 따른 플라즈마 밀도와 단원자 수소 이온 밀도 비율 변화를 관찰하였다. RF 플라즈마에서 가스 압력이 결정하는 전자의 운동량 전달 충돌 주파수 대비 높은 RF 안테나 주파수(13.56 MHz)와 낮은 RF 안테나 주파수(수백 kHz)의 전력을 인가하였으며, Langmuir 탐침, 안테나 V-I 측정기 그리고 QMS(quadrupole mass spectrometer)을 이용하여 플라즈마 특성을 진단하였다. 플라즈마 밀도와 수소 이온 밀도 분율은 플라즈마 가열 메커니즘과 수소 플라즈마 내 반응 메커니즘에 의해 결정된다. 플라즈마 가열 메커니즘에 따른 실험 결과에 대한 RF 안테나 주파수 효과는 플라즈마 트랜스포머 회로 모델을 통해 해석하였으며, 수소 플라즈마 내 반응은 0-D 정상 상태의 입자 및 전력 평형 방정식 결과로 해석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.237-237
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• 2011

다가 이온원 제조를 위한 ECR 이온원 제작과 더불어 이를 효과적으로 운전 제어할 수 있는 방안을 만들어야 한다. 이 운전 제어 방안은 두 가지 기능을 만족할 수 있도록 구성해야 하는데, 초기 실험실에서 ECR 이온원의 성능 검증을 하기에 유리하도록 알고리즘이나 시퀀스를 보다 용이하게 변경할 수 있도록 만들고 이후 확정된 알고리즘과 시퀀스를 이용하여 이온원의 안전을 보장하면서 최소한의 운전자만으로도 운전 가능하도록 구성해야 한다. 이를 구현하기 위해서 ECR 이온원 운전 제어와 관계된 모든 부대 장치들을 EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System)로 운전하고 제어할 수 있도록 통합하면서 알고리즘의 복잡함으로 인해 발생할 수 있는 불확실성을 줄이기 위해 부대 장치를 구성하는 개별 장치 단위로 알고리즘을 만들어 EPICS database로 구현하고 운전 및 장치 보호를 위해 필요한 시퀀스는 EPICS sequencer를 이용하여 구현하였다. 현재까지 ECR 플라즈마 생성, 빔인출 그리고 입자 진단을 위해 사용된 전원 장치들을 운전 제어하기 위해 구현된 내용을 소개하고 이를 바탕으로 개별 장치에 확대하여 적용할 수 있는 방안에 대하여 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.224-225
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• 2011

전자 사이클로트론 공명 이온원(Electron Cyclotron Resonance Ion Source; ECR 이온원)을 사용하여 다가(multi-charged) 이온빔을 인출하고 이온들을 분리하였다. 사용된 ECR 이온원은 그림 1과 같은 구조를 가진다. 그림 1에서 축자장을 만드는 자석(axial magnet)은 세 뭉치의 상전도 전자석으로, 그리고 육극자장을 만드는 자석(hexapole magnet)은 영구자석으로 되어 있으며 14.5 GHz 고주파는 도파관을 통하여 용기의 축과 평행한 방향으로 입사된다. 헬륨, 아르곤, 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2)를 사용하여 빔 인출 및 이온 분리 실험을 진행하였으며, 본 논문에서는 운전조건의 최적화 과정을 수행하기 전에 진행된 초기 실험결과들에 대하여 논의한다. 그림 2는 헬륨을 사용한 경우의 질량 스펙트럼이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.467-467
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• 2010

조립된 KAERI ECR(Electron Cyclotron Resonance Ion Source) 이온원의 중요한 성능을 결정하는 ECR 챔버 내의 자장구조를 3차원 가우스 메타를 이용하여 측정하였다. ECR 이온원의 자장은 축방향 (빔인출 방향) 자장 Bz와 반경방향 자장 Br (Bx, By)로 이루어지는 데, KAERI에서 개발한 ECR 이온원의 경우 Bz는 요크 구조체들을 포함한 3개의 전자석들에 의해 만들어지고, Br은 영구자석들로 구성된 헥사폴에 의해 만들어진다. 헥사폴에 의한 자장은 ECR 챔버 벽(R=34 mm)의 위치에서 최대 값을 측정하여 계산결과와 비교하였고, 챔버 내부 R=30 mm 위치에서 축방향과 반경방향의 자장구조를 측정하였다. 전자석 만에 의한 자장은 헥사폴 결합 요크와 챔버 내의 요크를 제거한 상태에서 자장을 측정하여 계산된 결과와 비교하였다. 전자석과 헥사폴에 의한 통합 자장구조는 ECR 챔버와 챔버 내의 요크 구조물을 제거한 상태로 R=30mm 위치에서 전자석의 정격전류에 의한 자장구조를 측정하였고, 최종적으로 이온원 자석구조물들을 모두 장착한 상태에서 축 중심(R=0mm)에서의 축방향 자장 값들을 측정하여 설계한 값과 비교하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.05b
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• pp.946-950
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• 1998

다목적 양성자 가속기(Korea Multi-purpose Accelerator Complex; KOMAC)를 위한 Duoplasmatron이온원이 설계 및 제작되었다. 빔인출을 위한 60㎸ 고전압시스템의 테스트가 수행되었으며 50㎸인출전압에서 20㎃의 수소 빔을 인출 할수 있었다. 이 이온원은 30㎸ 인출전압에서 20㎃이상의 빔전류와 90% 빔전류에서 0.5$\pi$mm mrad정도의 낮은 수준의 빔에미턴스와 약 50% 양성자분을을 얻었다. 고밀도 고주파 플라즈마 원(예를들어 헬리콘와 Transformer coupled plasma;TCP 플라즈마원)이 양성자 및 수소 음이온원으로의 유용성에 대한 연구가 진행중이다.

• Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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• 2005.05a
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• pp.360-363
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• 2005

본 연구에서는 인듐 액체금속이온원을 제작하여 빔 특성에 대해 연구를 하였으며, 기존의 연구를 하였던 갈륨 액체금속 이온원의 빔특성과 비교분석 하였다. 빔특성 분석을 위해 빔 안정도, 전류-전압특성곡선, 에너지 퍼짐을 측정하였다. 액체금속이온원에 사용되는 액체금속 저장소 및 바늘전극(tip)은 $500{\mu}m$의 직경을 갖는 텅스텐을 사용하였으며, 국내에서 제작된 제품을 사용하였다. 액체금속 저장소의 구조는 이전에 구상하여 연구가 이루어진 6개의 pre-etching된 텅스텐와이어(wire)가 묶여진 형태를 사용하였다.

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