• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.96-96
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• 2000

화학증착법으로 증착된 다이아몬드 박막은 우수한 전기적 특성과 뛰어난 화학적, 열적 안정성 때문에 전계방출소재로 많은 관심을 불러 일으키고 있다. 다이아몬드 박막의 전계방출은 저전계에서 일어나는 것으로 알려져 있으며, 저전계방출의 원인을 규명하려는 많은 연구가 진행되어 왔다. 한편, 다이아몬드 박막의 전계방출전류는 금속기판의 사용에 의한 기판/다이아몬드 접촉의 개선, 다이아몬드 박막내의 흑연성분의 조절에 의한 구조변화, 보론이나 인 (P), 질소의 도핑, 수소 플라즈마나 cesium 등의 금속을 이용한 표면처리 등의 여러 방법에 의하여 향상된다는 것이 입증되었다. 그 외에 메탄과 대기 분위기 처리, 암모니아 분위기에서의 레이저 조사도 전계방출특성을 향상시키는 것으로 보고되었다. 그러나, 다이아몬드 박막의 성장후 구조적 특성이 다른 박막의 후성장이나 열분해된 운자수소 처리가 다이아몬드 박막의 전계방출특성에 미치는 영향에 관한 연구는 지금까지 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 수소처리와 후성장이 다이아몬드 박막의 전계방출특성에 미치는 영향을 고찰하고 이로부터 그 원인을 규명하고자 하였다. 다이아몬드 박막은 hot-filament 화학증착법을 이용하여 증착하였다. 후성장한 다잉아몬드 박막내의 흑연성분과 박막의 두께를 체계적으로 조절하여 후성장 박막의 구조적 특성과 그 두께의 영향을 확인할 수 있었다. 후성장층내의 흑연성분과 두께가 증가할수록 전계방출특성은 향상되다가 저하되었다. 한편, 다이아몬드 박막을 성장시킨 후 수소분위기 처리를 함에 따라 전계방출특성은 향상되었지만 수소처리시간이 5분 이상으로 증가함에 따라 그 특성은 저하되었다. 본 연구에서는 수소처리와 후성장시 나타나는 전계방출특성의 변화 원인을 규명하고자 한다.기판위에서 polymer-like Carbon 구조는 향상되는 경향을 보였다.0 mm인 백금 망을 마스크로 사용하여 실제 3차원 미세구조를 제작하여 보았다. 그림 1에서 제작된 구조물의 SEM 사진을 보여주었으며, 식각된 면의 조도가 매우 뛰어나며 모서리의 직각성도 우수함을 확인할 수 있다. 이와 같이 도출된 시험 조건을 기초로 하여 리소그래피 후에 전기 도금을 이용한 금속 몰드 제작 및 이온빔 리소그래피 장점을 최대한 살릴수 있는 미세구조 제작에 대한 연구를 계속 추진할 계획이다. 비정질 Si1-xCx 박막을 증착하여 특성을 분석한 결과 성장된 박막의 성장률은 Carbonfid의 증가에 따라 다른 성장특성을 보였고, Silcne(SiH4) 가스량의 감소와 함께 박막의 성장률이 둔화됨을 볼 수 있다. 또한 Silane 가스량이 적어지는 영역에서는 가스량의 감소에 의해 성장속도가 둔화됨을 볼 수 있다. 또한 Silane 가스량이 적어지는 영역에서는 가스량의 감소에 의해 성장속도가 줄어들어 성장률이 Silane가스량에 의해 지배됨을 볼 수 있다. UV-VIS spectrophotometer에 의한 비정질 SiC 박막의 투과도와 파장과의 관계에 있어 유리를 기판으로 사용했으므로 유리의투과도를 감안했으며, 유리에 대한 상대적인 비율 관계로 투과도를 나타냈었다. 또한 비저질 SiC 박막의 흡수계수는 Ellipsometry에 의해 측정된 Δ과 Ψ값을 이용하여 시뮬레이션한 결과로 비정질 SiC 박막의 두께를 이용하여 구하였다. 또한 Tauc Plot을 통해 박막의 optical band gap을 2.6~3.7eV로 조절할 수 있었다. 20$0^{\circ}C$이상으로 증가시켜도 광투과율은 큰 변화를 나타내지 않았다.부터

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1584-1585
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• 2011

분자의 전리(ionization)작용과 이온의 해리(dissociation)작용에 의한 유전체 내 방전해석을 위해서 전자, 양이온, 음이온의 생성과 소멸, 전자부착, 재결합 과정을 포함한 전하연속방정식, 전계에 의한 푸아송 방정식, 유전체 온도에 관한 열확산 방정식을 결합하여 해석하였다. 전계 방출 조건과 열전자 방출 조건이 경계조건으로 부여되었고 에너지 최소화 정류조건을 따르는 유한요소법(finite element method)을 이용하여 해석하였다. 비교적 작은 값을 가지는 확산성을 무시하고 대류성에 역점을 두어 발생하는 수치적 불안정은 인공확산항(artificial diffusion technique)을 도입하여 안정화하였다. 본 논문에서는 IEC standard 60897의 표준규격에 따른 2차원 축대칭 침-구 전극에 적용하여 제안된 다중물리해석기법의 타당성을 입증하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 1999.11a
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• pp.158-158
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• 1999

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.1
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• pp.31-36
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• 2013

For the simplification of doping process in amorphous carbon film, arsenic (As) ions were implanted on the nucleated silicon wafer before the growth process. Then amorphous carbon films were grown at the condition of $CH_4/H_2=5%$ by microwave plasma chemical vapour deposition. Because the implanted seeds were grown at the high temperature and the implanted ions were spread, it was possible to reduce the process steps by leaving out the annealing process. When the implanted amorphous carbon films were electrically characterized in diode configuration, field emission current of $0.1mA/cm^2$ was obtained at the applied electric field of about $2.5V/{\mu}m$. The results show that the implanted As ions were sufficiently doped by the self-annealing process by using the growth after implantation.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1521-1522
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• 2011

뇌임펄스에 의한 절연유체 내 절연파괴 현상은 스트리머 채널에서의 유체유동과 기체유동이 동시에 발생한다. 스트리머 개시와 동시에 발생하는 기포들은 절연파괴에 직접적인 영향을 미치며 이를 모의해석하기위해서 2상유동이 고려되어야한다. 2상유동이 고려된 뇌임펄스 응답 유한요소해석은 전계에 의한 푸아송 방정식과 전자, 양이온, 음이온에 대한 전하연속방정식으로 구성되며 전계 방출과 열전자 방출효과를 경계조건으로 부여하였다. 기체 전리현상은 타운젠트 이론을 도입하였으며, 유체 전리현상은 제너 이온화 모델을 도입하여 수학적 모델링을 통한 2상유동으로 결합하였다. IEC standard #60897의 표준규격에 따라 침-구형 전극을 설계하였고 2차원 축대칭 간략화모델에 적용하여 실험적 결과와 비교분석함으로써 신뢰할 수 있는 수치해석기법이 제시되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.254.1-254.1
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• 2013

현재의 나노기술 및 부품은 나노미터 이하의 초고분해능을 요구하면서도 나노미터 이하의 정확도로 가공할 수 있는 기술을 요구하고 있다. 이온현미경은 위 두 요구조건을 만족하는 차세대 현미경으로써 초고분해능 이미징과 함께 기존의 갈륨이온을 사용하는 집속이온빔 장치보다 네온가스등을 이용하여 더 정밀하게 에칭 및 스퍼터링을 할 수 있다. 이온현미경은 전자현미경에 비해 더 깊은 초점심도를 갖으며, 색수차와 구면수차에 비교적 둔감하고 전자에 비해 무거운 이온의 무게 때문에 짧은 파장을 갖는 특징을 가지고 있다. 이와 같은 특징을 이용하면 전자현미경과 다른 여러 특징과 장점을 갖는 고분해능의 현미경을 제작할 수 있다. 이와 같이 차세대 현미경으로 주목받는 이온현미경의 중요한 부분인 이온총은 현재 가스장 이온 소스 방법으로 대부분 개발되고 있다. 가스장 이온 소스는 1950년대에 E. W. Muller에 의해 개발된 전계 이온 현미경(Field Ion Microscope)에서 응용된 방법으로 뾰족한 탐침에서의 가스 이온화를 기반으로 한다. 가장 보편적으로 사용되는 재질은 텅스텐으로 수십 nm 정도의 곡률 반경을 갖도록 제작하고 초고진공에 설치하여 강한 양전압을 인가함과 동시에 가스를 팁 주변에 넣어주면 팁표면에서 이온빔이 발생하게 된다. 본 연구에서는 위와 같이 차세대 나노장비로써 주목받는 이온현미경의 특징에 대해 소개하고, 특히 이온현미경의 이온총 원천기술 개발을 위해 연구하고 있는 가스장 이온 소스의 특성에 대해 소개한다. 수소, 네온, 헬륨의 전계 이온현미경과 함께 생성된 이온빔의 안정도 및 각전류 밀도를 계산하여 실제 이온총으로의 적용 가능성에 대해 보여준다.

• 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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• 2009.10a
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• pp.129-130
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• 2009

다이아몬드상 탄소 (Diamond-like Carbon; DLC) 박막은 광학재료의 보호 및 무반사 코팅, 저마찰 오버코팅 및 평판 표시소자의 전계방출 Tip 코팅 등 다양한 분야에 응용이 기대되고 있는 재료이다. 이온빔 방식의 DLC 박막 제조 장치를 이용하여 다양한 조건에서 DLC 박막을 제조하고 그 특성을 평가하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.10 no.4
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• pp.295-300
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• 2000

Uniform silicon tip arrays were fabricated using the reactive ion etching followed by the reoxidation sharpening, and the effect of Pd-coated layer on electron emission characteristics was studied. The electron emission from Si field emitter arrays(FEAs) was a little, but improved by removing surface oxide on the FEA, but pronounced drastically by coating a $100-{\AA}-thick$ Pd metal layer. The turn-on voltage in the Pd-coated Si FEAs was reduced by 30 V in comparison with that in uncoated ones. This results from the increase of surface roughness at the tip apex by the Pd coating on Si FEA, via the decrease of the apex radius at which electrons are emitting. The Pd-coated emitters showed superior operating stability over a wide current range to that of the uncoated ones. This suggests that Pd coating enhances the high temperature stability and the surface inertness Si FEA.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.25 no.5
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• pp.36-52
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• 2021

As the application of nano-satellites constellation increases worldwide in the wake of New Space era, there is growing demand for the development of thrusters for precise attitude and orbit control of small satellites. Field Emission Electric Propulsion(FEEP) thruster uses a liquid metal as a propellant and accelerates the ionized liquid metal through a strong electric field at the tip of the metal surface. FEEP thruster technology is suitable for nano-satellites which require various missions for attitude and orbit control, because it provides thrust ranging from 1 µN to 1 mN with high specific impulse up to about 10,000 s and can be miniaturized due to its simple structure. In this paper, the basics of FEEP thrusters are introduced, then the current status of research and development of FEEP thrusters are presented.