• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제47권4호
• /
• pp.395-402
• /
• 2009

원자힘현미경은 초미세크기의 물리적 특성을 규명하기 위한 수단으로서 지지 지질층의 물리적특성 규명에 이용되어 왔다. 원자힘현미경이 출현하기 이전에는 초미세관점에서 지지 지질층에서 발생하는 물리적 현상의 관찰이 전무하였다. 이 현미경은 탐침바늘(Cantilever)로 표면을 주사(Scanning)함으로써 표면의 초미세 형상(Morphology)을 제공하고 표면에 접근(Approach)했다가 후퇴(Retraction)하는 탐침바늘의 거동을 모니터링함으로써 힘곡선(Force Curve)을 나타낼 수 있다. 형상 파악을 통해 지지 지질층의 구조와 막 단백질이 지질층의 구조에 미치는 영향을 밝히는 연구가 진행되어 왔으며, 힘곡선을 통하여 지지 지질층 표면 특성-기계적 정전기적 특성-에 대한 연구가 진행되었다. 본 총설에서는 원자힘현미경을 이용하여 현재까지 진행된 지지 지질층의 구조와 표면 특성 연구에 대하여 소개하고 향후 연구 진행 방향에 대하여 논의하고자 한다.

• 비파괴검사학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.293-298
• /
• 2009

본 연구에서는 나노 표면층의 특성 평가를 위해 원자현미경에 초음파 특성을 결합하여 초음파 원자 현미경을 개발하였다. 초음파 원자 현미경은 기존의 나노 표면층에 대한 토포그래프 이미지뿐만 아니라 국부적인 이종부분으로 이루어진 표면에서의 물리적 특성차이에 의한 표면의 탄성 특성 이미지를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 프로토타입의 UAFM 장치를 구성하고 이를 몇몇 응용분야에 적용하였다. 구축한 프로토타입의 UAFM 시스템을 이용하여 증착 실리콘 박막층과 냉간 압조용 강의 구상화 그리고 탄소 섬유 강화 복합재료의 표면에 대한 탄성 이미지를 성공적으로 얻을 수 있었다.

• 한국결정학회지
• /
• 제17권2호
• /
• pp.60-65
• /
• 2006

표면 및 계면층의 결정구조, 결함구조, 불순물 편석, 표면의 전자 구조, 원자 진동 등과 같은 산화물의 표면물성은 촉매, 센서, 소결, 마찰, 부식 등과 같은 분야에서 그 특성을 좌우한다. 고체 표면의 결정구조 해석 수단으로 저에너지 이온산란 분광법이 유용한 도구로 알려져 있는데, 이 방법의 뛰어난 표면민감성은 표면에서의 효과적인 이온 중성화 과정에 기인한다. $He^+$, $Ne^+$, $Ar^+$ 등과 같은 이온은 Auger 중성화 과정에 의하여 쉽게 중성원자화 되고, 중성화 확율의 타겟에 대한 의존성이 낮기 때문에 이온빔으로서 종종 사용된다. 산란각도를 180$^{\circ}$로 고정하여 산란이온 검출기를 설치한 직충돌 이온산란 분광법의 경우는 산란된 이온의 궤적이 입사궤도와 거의 동일하기 때문에 산란궤적의 계산이 간단해지고, 수 층 깊이의 원자구조의 해석이 가능해진다. 본 고에서는 고체 표면의 원자구조를 실공간에서 해석할 수 있는 직충돌 이온산란 분광법에 대하여 측정의 기본원리, 측정장치, 간단한 분석 예 등에 관하여 기술하고자 하며, 다음 편에서는 복잡한 표면구조를 가지는 반도체 표면에서 직충돌 이온산란분광법의 이용하여 해석한 예를 중심으로 기술하고자 한다.

• 에너지공학
• /
• 제18권2호
• /
• pp.125-131
• /
• 2009

경도, 내마모성과 내부식성 등과 같은 금속의 물리적 특성은 이온주입에 의해 인위적으로 제어되어 질 수 있다. 이온주입의 특성을 관찰하기 위하여 분자동역학법을 이용하여 이온과 표면원자사이의 상호작용에 대해 미시적인 원자.분자 스케일로 현상을 모델화하여 수치해석을 수행하였다. 본 연구는 이온주입의 특성을 개선하기 위한 수치해석 연구로써 미시적인 관점에서 이온주입의 프로세스를 관찰하고자 하였다. 이를 위해 주입이온속도에 따른 주입메카니즘과 초기표면온도, 이온분자량 등의 영향을 조사하였다. 그 결과 초기 표면원자층의 온도가 높은 경우에 주입에너지가 어느 값 이상이 되면 오히려 주입확률이 감소하며 또한 비결정질상태인 표면원자층에 대한 이온주입은 양호한 조건의 설정에 따라 더 효과적일 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
• /
• pp.179-179
• /
• 1999

Cu3AU(100) 단결정은 fcc 구조를 가지고 있으며 (100)면은 Cu와 Au가 1:1로 존재하고 가운데(200)면은 Cu만 존재한다. 따라서 Au 층은 (100)면에서만 존재하여 각 Au층은 서로 0.5nm 떨어져 있다. 이와 같은 Cu3Au(100) 단결정을 MEIS(Medium Energy Ion Scattering Spectroscopy) 실험 장비를 사용하여 0.35nm 떨어져 있는 Single unit cell의 윗면과 아래면, 즉 첫 층의 Au와 셋째층의 Au의 층분리를 통해서, 온도 변화에 따른 Cu3Au(100) 단결정의 표면 물리적 현상인 surface induced disorder을 밝혀내고자 한다. 우선 두 Au층의 분리 시도는 수소이온을 이용한 실험 조건에서는 extremely glancing exit angle 등 극한의 산란조거에서도 성공하지 못하였다. 깊이 분해능을 정해주는 electronic energy loss를 극대화하기 위해 수소이온이 아닌 질소 이온을 사용하여 energy spectra를 측정해 본 결과 아래 그림에서와 같이 표면 Au 층과 표면 셋째 Au층을 구분할 수 있었다. <110>으로 align된 조건에서는 셋째층의 Au 원자들이 완전히 shadow cone 내부에 존재하여 관측되지 않지만 9.75$^{\circ}$ tilt 한 경우 셋째층의 Au 원자들이 shadow cone 바깥으로 나오게 되어 그림에서와 같이 첫째 층과 셋째 층이 확실히 분리되어 측정되었다. 이를 바탕을 Cu3Au(100)의 온도변화에 다른 order disorder and segregation 현상을 측정하였다. ordered Cu3Au(100)은 28$0^{\circ}C$ 근처에서 surface층이 먼저 disordered상으로 바뀌는 surface induced disorder 현상이 일어나고 bulk transition 온도 39$0^{\circ}C$ 이하에서 R.T으로 온도를 낮추면 본래의 ordered 구조로 되돌아간다. 하지만 bulk transition 온도를 지나면 order-disorder transition이 비가역적이고 segregation 현상이 일어난다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
• /
• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.154-154
• /
• 2015

소수성 코팅은 광범위하게 응용 가능하다. 희토류 금속 산화물(Rare earth oxides, REO)은 소수성 코팅 물질로써 우수한 열적 기계적 안정성으로 인해 전도유망하다. 본 연구는 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD)을 이용한 나노 단위 두께의 희토류 금속 산화물 박막을 이용하여 소수성 코팅의 기초 연구이다. 미래 소수성 코팅 물질로써의 응용 가능성을 함께 다룬다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.6.1-6.1
• /
• 2010

원자층 증착 기술 (Atomic Layer Deposition)은 기판 표면에서 한 원자층의 화학적 흡착 및 탈착을 이용한 nano-scale 박막 증착 기술이기 때문에, 표면 반응제어가 우수하며 박막의 물리적 성질의 재현성이 우수하고, 대면적에서도 균일한 두께의 박막 형성이 가능하며 우수한 계단 도포성을 확보 할 수 있다. 최근 ALD에 의한 박막증착 방법 중 플라즈마를 이용한 ALD 증착 방법에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 플라즈마는 반응성이 좋은 이온과 라디컬을 생성하여 소스간 반응성을 좋게 하여, 소스 선택의 폭을 넓어지게 하고, 박막의 성질을 좋게 하며, 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나 플라즈마를 사용함으로써 플라즈마 내에 이온들이 가속되서 박막 증착 중에 기판 및 박막에 손상을 입혀 박막 특성을 열화 시킬 가능성이 있다. 따라서 플라즈마 발생 영역을 기판으로부터 멀리 떨어뜨린 원거리 플라즈마 원자층 공정이 개발 되었다. 이 기술은 플라즈마에서 생성된 ion이 기판이나 박막에 닫기 전에 전자와 재결합 되거나 공정 chamber에서 소멸하여 그 영향을 최소하고 반응성이 좋은 라디칼과의 반응만을 유도하여 향상된 막질을 얻을 수 있도록 하였다. 따라서 이 원거리 플라즈마 원자층 증착기술은 나노 테크놀러지 소자 개발하기 위한 나노 박막 기술에 있어서 그 활용이 점점 확대될 것이다. 그 적용으로써 리모트 플라즈마 원자층 증착 방법을 이용한 고유전 물질 개발이 있다. 반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 집적회로의 크기를 혁신적으로 축소하여 스위칭 속도(switching speed)를 증가시키고, 전력손실 (power dissipation)을 줄이려는 시도가 이루어지고 있다. 그 중 하나로 고유전율 절연막은 트렌지스터 소자의 스케일링 과정에 수반하여 커지는 게이트 누설 전류를 억제하기 위한 목적으로 도입되었다. 유전율이 크면 동일한 capacitance를 내는데 필요한 물리적인 두께를 늘릴 수 있어 전자의 tunneling을 억제할 수 있고 전력손실을 줄일 수 있기 때문이다. 이와 같은 고유전율 물질이 게이트 산화막으로 사용되기 위해서 높은 유전상수 열역학적 안정성, 낮은 계면 전하밀도, 낮은 EOT, 전극 물질과의 양립성 등의 특성이 요구되는데, 이에 따라 많은 유전물질에 대한 연구가 진행되었다. 기존 gata oxide를 대체하기 위한 가장 유력한 후보 재료로 주목 받고 있는 high-k 물질들로는 Al2O3, HfO2, ZrO2, La2O3 등이 있다. 본 발표에서는 ALD의 종류에 따른 기술을 소개하고 그 응용으로 고유전율 물질 개발 연구 (고유전율 산화물 박막의 증착, 고유전율 산화물의 열적 안정성 평가, Flatband 매카니즘 규명, 전기적 물리적 특성 분석)에 대해서 발표 하고자 한다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.22.1-22.1
• /
• 2009

차세대 CMOS 공정에서 유전상수가 높은 게이트 절연막과 함께 게이트 전극이 관심을 끌고 있다. 게이트 전극은 전도도가 높아야 하고 p-MOS, n-MOS에 맞는 일함수를 가져야 하며 열적 특성이 안정해야 한다. 탄탈룸 계열 탄화물이나 질화물은 게이트 전극으로 관심을 끌고 있는 물질이며 이를 원자층 화학증착법으로 박막화 하는 공정이 관심을 끌고 있다. 원자층 화학공정에서는 전구체의 역할이 중요하며 이의 기상반응 메카니즘, 표면 반응 메카니즘을 제대로 이해해야 한다. 본 연구에서는 TBTDET (tert-butylimido tris-diethylamido tantalum) 전구체의 반응 메커니즘을 FTIR(Fourier Transform Infrared)을 이용해 진단하였다. 또한 수소, 암모니아, 메탄을 이용한 열화학 원자층 증착, 플라즈마 원자층 증착 공정을 수행하여 박막을 얻고 이들의 특성을 평가하였다. 각 공정에 따라 반응 메커니즘이 달라지고 박막의 조성이 달라지며 또한 박막의 물성도 달라진다. 특히 박막에 형성되는 TaC, TaN, Ta3N5, Ta2O5 (증착 후 산소의 유입에 의해 형성됨) 등의 조성이 공정에 따라 달라지며 박막의 물성도 달라진다. 반응메카니즘의 연구를 통해 각 공정에서 어떠한 조성의 박막이 얻어지는 지를 규명하였고 박막의 밀도에 따라 산소유입량이 어떻게 달라지는 지를 규명하였다.

• 한국자기학회지
• /
• 제18권4호
• /
• pp.131-135
• /
• 2008

Full-Heusler 화합물인 $Co_2TiSn$(001) 표면의 전자구조, 자성 및 반쪽금속성을 일반기울기근사(GGA)를 채택한 총퍼텐셜선형보강평면파동(FLAPW)방법을 이용하여 이론적으로 연구하였다. $Co_2TiSn$ 화합물의 (001)방향에서 2가지 가능한 표면, 즉 Co 원자들로 끝나는 면(Co-term)과 TiSn 원자들로 끝나는 면(TiSn-term)을 고려하였다. 계산된 상태밀도로부터 Co-term의 표면에서는 반쪽금속성이 깨어졌지만 TiSn-term의 표면에서는 반쪽금속성이 유지됨을 알 수 있었다. Co-term의 경우 표면 Co 원자의 좌표수가 줄어들면서 Co 원자의 채워진 소수 스핀 d-상태가 높은 에너지 영역으로 이동하여 페르미에너지에 걸치면서 반쪽금속성이 깨어진다. TiSn-term에서는 표면상태가 페르미에너지 바로 아래에 위치하면서 소수 스핀 띠간격이 가운데 층에 비하여 많이 줄어들었다. Co 원자의 자기모멘트는 Co-term의 표면에서는 내부 층에 비하여 약 10 % 증가한 1.16 ${\mu}_B$의 값을 가지는 반면 TiSn-term의 표면 바로 아래층에서는 내부 층과 비슷한 값(1.03 ${\mu}_B$)을 가졌다.

• 한국자기학회지
• /
• 제22권4호
• /
• pp.117-120
• /
• 2012

각기 암염(rocksalt: RS) 구조와 zinc-blende(ZB) 구조를 가지면서 덩치상태에서 반쪽금속성을 나타내는 NaN 화합물에서 표면의 전자구조를 계산하고 반쪽금속성이 표면에서도 유지되는지를 제일원리 전자구조 계산을 통해 검토하였다. 이를 위해 두 가지 원소를 모두 가진 표면, 즉 RS(001) 표면과 ZB(110) 표면을 고려하였다. 각각의 판에 대해 계산된 자기모멘트는 정수로서 이는 표면에서도 반쪽금속성이 유지됨을 나타낸다. 이러한 사실은 각 원자에 대한 상태밀도를 통해서도 확인할 수 있었다. 각각의 계에서 자기모멘트 값에 대해 N 원자들이 주된 기여를 하였고, 두 계 모두에서 표면 N 원자의 자기모멘트는 덩치 값에 비해 증가 하여 각기 $0.75{\mu}_B$를 가졌다. Na 원자가 자성에 기여하는 바는 미미하였으며 표면으로 갈수록 그 자기모멘트가 줄어들어 자성을 거의 나타내지 않았다. 반쪽금속성을 나타내는 띠간격의 크기는 가운데 층이나 표면층이나 큰 차이가 없었다.