• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.180-180
• /
• 2013

반도체, 디스플레이와 같이 저압, 극청정 조건에서 진행되는 공정에서 발생한 오염입자는 수 율에 큰 영향을 미친다. 따라서 공정 중에 발생한 오염입자를 실시간으로 모니터링할 수 있는 장비에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Particle Beam Mass Spectrometer (PBMS)는 저압에서 실시간으로 나노 입자의 크기를 측정할 수 있는 대표적인 장비 중 하나이다. 입자를 포함한 가스 유동이 PBMS로 유입되면, 우선 입자를 입자빔의 형태로 집속하는 공기역학렌즈를 통과하게 된다. 집속된 입자는 노즐에 의해서 가속되며, 이로 인해 충분한 관성을 가지게 된 입자는 양극과 음극, 필라멘트로 구성된 electron gun에서 전자충돌에 의해 포화상태로 하전된다. 하전한 입자는 electrostatic deflector에서 크기에 따라 분류되어 Faraday detector와 electrometer에 의해 측정된다. 그러나 공기역학렌즈는 입자의 크기가 작아질수록 집속 효율이 급격히 낮아진다는 문제점을 지니고 있다. 이는 입자가 작아질수록 점성에 의한 영향이 관성에 의한 영향보다 커짐으로써 나타나는 현상이다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 사중극자를 사용하여 입자를 집속시키는 방법이 대안으로 제시되었다. 사중극자는 서로 마주보는 쌍곡선 형태의 전극구조에 AC 전기장을 인가하는 방식을 사용한다. 사중극자의 중심은 정확히 평형점을 가지게 되며 입자는 사중극자 내에서 진동을 반복하며 평형점을 향해 모이게 된다. 입자의 크기가 작을수록 전기력에 의한 영향을 크게 받으므로 사중극자를 이용한 입자집속 방법은 나노입자의 집속에 있어 공기역학렌즈를 이용한 집속에 비해 이점을 지닌다. 또한 집속 하고자 하는 입자 대상이 바뀔 경우 구조를 바꿔야 하는 공기역학렌즈와 달리 사중극자를 이용한 방법은 AC 전기장을 조절하는 것 만으로 제어가 가능하다. 본 연구에서는 저압 조건에서 나노입자를 집속하기 위한 사중극자의 전극 구조를 이론적인 계산을 통하여 구하였다. 그 결과 0.1 torr의 압력 조건하에서 5~100 nm 범위의 기본 입자를 AC 전압과 진동수를 조절하여 집속할 수 있는 사중극자 형태를 설계하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.101-101
• /
• 2009

진공아크소스의 거대입자 제거를 위하여 이중 굽힘형 자장여과 아크 소스를 제작하였다. 소스의 각 전자석의 역할을 조사하고, 발전 안정화 영역에 대한 연구를 수행하였다. 또한 이중 굽힘 자장여과아크소스의 아크방전전압, 주입가스의 위치, 유량 및 플라즈마 덕트의 전압에 따른 인출 이온빔의 공간적 분포 및와 에너지 분포에 대한 연구를 진행하였다. 압력 0.1 mtorr에서 인출 이온빔의 평균에너지는 45$\sim$50 eV를 나타내었으며, 압력이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.29 no.1 s.232
• /
• pp.110-115
• /
• 2005

A novel technique for fine particle beam focusing under the atmospheric pressure is introduced using a radiation pressure assisted aerodynamic lens. To introduce the radiation pressure in the aerodynamic focusing system, a 25m plano-convex lens having 2.5mm hole at its center is used as an orifice. The particle beam width is measured for various laser power, particle size, and flow velocity. In addition, the effect of the laser characteristics on the beam focusing is evaluated comparing an optical tweezers type and pure gradient force type. For the pure aerodynamic focusing system, the particle beam width was decreased as increasing particle size and Reynolds number. Using the optical tweezers type, the particle beam width becomes smaller than that of the pure aerodynamic focusing system about $16\%,\;11.4\%\;and\;9.6\%$ for PSL particle size of $2.5{\mu}m,\;1.0{\mu}m,\;and\;0.5{\mu}m$, respectively. Particle beam width was minimized around the laser power of 0.2W. However, as increasing the laser power higher than 0.4W, the particle beam width was increased a little and it approached almost a constant value which is still smaller than that of the pure aerodynamic focusing system. For pure gradient force type, the reduction of the particle beam width was smaller than optical tweezers type but proportional to laser power. The radiation pressure effect on the particle beam width is intensified as Reynolds number decreases or particle size increases relatively.

• Proceedings of the KSME Conference
• /
• 2004.04a
• /
• pp.1505-1509
• /
• 2004

A novel technique for fine particle beam focusing under the atmospheric pressure is introduced using a radiation pressure assisted aerodynamic lens. To introduce the radiation pressure in the aerodynamic focusing system, a 25 mm plano-convex lens having 2.5 mm hole at its center is used as an orifice. The particle beam width is measured for various laser power, particle size, and flow velocity. In addition, the effect of the laser characteristics on the beam focusing is evaluated comparing an Ar-Ion continuous wave laser and a pulsed Nd-YAG laser. For the pure aerodynamic focusing system, the particle beam width was decreased as increasing particle size and Reynolds number. For the particle diameter of 0.5 ${\mu}m$, the particle beam was broken due to the secondary flow at Reynolds number of 694. Using the Ar-Ion CW laser, the particle beam width becomes smaller than that of the pure aerodynamic focusing system about 16 %, 11.4 % and 9.6 % for PSL particle size of 2.5 ${\mu}m$, 1.0 ${\mu}m$, and 0.5 ${\mu}m$ respectively at the Reynolds number of 320. Particle beam width was minimized around the laser power of 0.2 W. However, as increasing the laser power higher than 0.4 W, the particle beam width was increased a little and it approached almost a constant value which is still smaller than that of the pure aerodynamic focusing system. The radiation pressure effect on the particle beam width is intensified as Reynolds number decreases or particle size increases relatively. On the other hand, using 30 Hz pulsed Nd-YAG laser, the effect of the radiation pressure on the particle beam width was not distinct unlike Ar-Ion CW laser.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2008.05a
• /
• pp.394-396
• /
• 2008

기존의 PECVD에서 문제시 되고 있는 플라즈마에 의한 박막손상과 $300^{\circ}C$ 이상의 증착온도 등의 단점을 보완한 증착 기술로 중성입자 빔 (Hyper-thermal neutral beam ; HNB)을 이용한 저온 증착방법에 대한 연구를 진행하였다. 중성빔을 이용하여 HNB sputtering 방법과 $SiH_4$와 Ar, $H_2$ 가스를 이용한 HNB CVD 방법으로 a-Si 박막 제작에 대한 연구를 진행하였고, HIT(heterojunction with Intrinsic Thin layer) cell 태양전지를 만들고자 기본적인 박막 증착과 박막 특성 및 계면특성 등의 분석을 실시하였다. 유리기판과 p-type Si 기판 위에 a-Si 및 nc-Si 박막을 증착하였으며, TEM, FTIR, Raman, IV 측정 등을 통해 그 특성을 분석하여 HNB의 특성 및 효과를 규명하였다.

• 대한방사선방어학회:학술대회논문집
• /
• 2011.04a
• /
• pp.104-105
• /
• 2011

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.425.1-425.1
• /
• 2016

고온의 플라즈마를 긴 펄스 및 장시간 연속운전 유지기술 개발 및 연구를 위해서는 플라즈마는 더욱 가열되어야 하고, 고온 고밀도의 플즈마 상태를 유지시켜야 한다. 이러한 고성능 플라즈마 개발은 향후 핵융합 에너지의 상용화를 위한 절대필수적 기반기술이다. 현재 KSTAR 토카막에서는 플라즈마를 가열하기 위한 장치들 중 하나로서, 출력 6 MW 급의 중성입자빔을 입사하는 NBI (Neutral Beam Injection) 가열장치가 설치 운영 중에 있다. 이 NBI 가열장치는 진공환경에서 고온, 고압, 고전압 방전 및 수냉 등이 작동 및 운전되고 있기 때문에, 구성 부품 들의 미세한 구조적 결함에도 장치의 치명적 failed로 이어질 수 있다. 이번 연구에서는 NBI 가열장치의 특성상 극한 운전 환경에 있는 진공용기 부품 중 하나 인 빔인출을 위한 가속 그리드 (accelerating grid)의 구조적 손상및 결함 여부를 고속중성자 이미지 기법을 적용하여 내부를 투시 진단하였다. 가속 그리드는 copper로 제작되었고, 빔인출을 위한 원형의 구멍과 냉각관을 가진 평면판 형태로 되었다. 본 연구에서 내부투시 및 진단할 수 있는 고속중성자 이미징 기법의 적용으로 진공용기 부품 및 장치의 구조적 결함 및 손상 여부를 판단 가능하다는 연구 결과를 얻었다.

• Journal of Radiation Industry
• /
• v.17 no.2
• /
• pp.191-197
• /
• 2023

Abstract KOMAC(Korea Multi-Purpose Accelerator Complex, KAERI) has been operating a 100 MeV proton accelerator and is going to produce ⁶⁸Ga isotope which is useful for diagnosis of cancer. So, it is necessary to develop a transport container for radio-activated targets. In this study, we carry out shielding analysis and structural analysis for the radio-activated target transport container using simulation programs. According to the Type A standard, the transport container includes an inner container and an overpack container. The main material of inner container is lead, and the shape is cylindrical with diameter of 152mm, height of 142mm and weight about 29 kg. It is planned to verify the possibility of field application through production of the transport container prototype in the future.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.283.2-283.2
• /
• 2014

열필라멘트 화학증착공정(Hot Wire Chemical Vapor Deposition)에서 기상 에서 생성되는 하전된 실리콘 나노입자와 저온결정성 실리콘박막 증착의 연관성을 압력의 변화에 따른 상호비교를 통해 조사하였다. 필라멘트 온도는 $1800^{\circ}C$로 고정시키고 0.3~2 torr의 범위에서 공정 압력을 변화시키면서 증착하였다. 압력이 증가함에 따라 증착된 실리콘 박막의 결정화도는 증가하였으며, 증착속도는 감소하였다. 반응기 압력에 따른 기상에서 생성되는 나노입자의 크기분포의 변화를 조사하기 위하여 탄소막이 코팅된 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy) 그리드 위에 실리콘 나노입자를 포획하고 관찰하였다. 포획된 실리콘 나노입자의 크기분포와 개수농도는 압력이 증가함에 따라 감소하였다. 투과전자현미경을 이용하여 분석한 결과, 나노입자는 결정성 구조를 보였다. 압력이 증가함에 따라 나노입자의 크기가 감소하고 개수농도가 감소하는 것은 증착속도의 감소와 관련됨을 알 수 있다. 한편, 공정압력 증가에 따른 나노입자의 크기분포 및 개수농도 감소와 증착속도의 감소는 일반적으로 알려진 기상에서 석출하는 고상의 평형석출량(equilibrium amount of precipitation)이 압력의 증가함에 따라 증가한다는 사실과 일치하지 않는다. 이러한 압력경향성은 Si-H 시스템이 0.3~2 torr의 압력 영역에서 retrograde solubility를 갖는 것을 의미한다. 나노입자의 하전여부, 크기분포 및 개수농도를 측정하기 위하여 입자빔질량분석장비(Particle Beam Mass Spectroscopy)를 이용하였다. 그 결과, 실리콘 나노입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM) grid에 포획한 실리콘 나노입자의 크기와 경향성이 일치하였다. 이는 나노입자가 저온의 기판에서 핵생성되어 성장하여 생성된 것이 아니라 열필라멘트 주위의 고온영역에서 생성된 것을 의미한다.

• 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.