박막 분석 장비의 원리와 종류 (SEM, 4-Point Probe, XRD, AFM, EFM)

소개글

재료공학 중 표면처리공학이나 박막증착공학에 많이 사용되는 표면분석(박막분석) 장비들 중 많이 사용되는 SEM, 4-Point Probe, XRD, AFM, EFM의 종류와 원리 등에 대해 자세히 설명하였다.
본 연구는 논문형식으로 작성되었다.

목차

제 Ι 장 SEM(Scanning Electron Microscope)
제 1 절 SEM Image의 생성원리 4
제 2 절 SEM을 이용한 sample 관찰 시 주의사항 4

제 Ⅱ 장 4-point probe
제 1 절 4-Point Probe의 원리 6
제 2 절 4 point probe 측정 방법 8

제 III 장 XRD(X-ray Diffraction)
제 1 절 XRD의 구성 9
제 2 절 XRD의 원리 10
제 3 절 XRD 분석의 종류 11
제 4 절 XRD 활용 13

제 Ⅳ 장 AFM(Atomic Force Microscope)
제 1 절 AFM의 측정원리 14
제 2 절 AFM cantilever의 탄성계수 15
제 3 절 Input force, Fz 결정 16
제 4 절 AFM cantilever의 가공력 파악, Fz와 Fy 결정 17

제 Ⅴ 장 EFM(Electrostatic Force Microscopy)

제 Ⅵ 장 참고자료

본문내용

Ⅲ. XRD(X-ray Diffraction)

XRD란 X-Ray Diffraction의 약자로서 X-ray를 어떠한 샘플에 투사하면 X선이 산란 및 회절을 하게 되는데 이러한 회절 패턴을 분석하는 것을 말한다. 1912년 von Laue에 의해 결정에 의한 X선 회절 현상이 발견된 이래 거의 모든 재료 연구 분야에서 가장 광범위하게 사용되고 있는 결정구조 분석기기이다. 결정에 X선을 쬐면 결정 중 각 원자는 입사 X선을 모든 방향으로 산란시키며, 이 산란된 X선들이 합쳐져 회절 X선을 형성하게 된다. 회절이 일어나기 위한 필요조건은 Bragg's Law(2dsinθ = nλ) 이다. X선 회절 분석으로 얻을 수 있는 정보는 회절선의 위치는 결정의 하하학에 대한 정보를 포함하며 강도는 결정 내 원자들의 형태 및 배열과 관련되어 있고, 회절선의 폭은 결정성의 척도이다. 비파괴적 분석으로 분석 시간이 빠르고, 비용이 저렴하다. 하지만, 정량 분석과 비정질 재료의 분석이 어렵다.
XRD분석의 종류에는 첫째로 분말법(WAG:wide angle goniometry) 회절분석이 있다. 주로 실리콘, 화합물반도체, 초전도체, 세라믹 등 원재료의 격자상수, 결정면등을 분석할 때 이용되면, Laue회절패턴 등도 연구할 수 있다. 둘째, 박막회절분석(TFD: thin film diffractometry) 이다. X선은 수 ㎛이상의 깊이까지 침투하여 회절하므로 박막 두께가 수 천Å이하로 얇을수록 회절강도가 상대적으로 감소하기 때문에 박막의 peak가 잘 나타나지 않는다. 따라서 박막에 관한 정보만을 얻기 위해 시료 표면에 대한 X선의 입사각(θ)을 낮추어서 2~4로 고정시키고 검출기의 결로 2θ만을 주사하여 분석한다. 셋째로, 고분해능(HRXRD)/쌍결정(DCXRD: double crystal X-ray diffractometry) 회절분석이 있다. 정밀 각도 분해능을 가진 단결정 재료를 이용하여 입사되는 x선 빔의 파장을 단색화 함으로써 분해능을 높이고, 알반 x선 이론을 진보시킨 동적 이론을 적용함으로써 미세한 회절각도 차이를 측정할 수 있으므로 주로 단결정 재료의 정밀한 격자상수 변화 및 결정성 등을 분석할 수 있다.

참고 자료

Mi-Sun KIm, “Investigation on the Properties of Ga2)3-ZnO Transparent Electrode for Thin Films Solar Cells”, Department of Electronics and Display, Catholic Unversity of Daegu
Chul-Won Lee, “A research on Establishment and Operation of Large Research Equipment and Facilities”, Ministry of Science and Technology
Seok-MIn Bin “A Study on the Structural Properties of LED Materials by High Resolution XRD”, Department of Physics Chungnam National University
Chang-Gu Jeong, “Properties of SiC Nano wires by RF-Sputtering”, College of Nano Science and Nano Technology Pusan National University
Houng-Ju Moon, “Investigation for Mechanical Properties Based on AFM and Optical Image”, Department of Mechanical Design and Mechtronics Hanyang University
http://blog.naver.com/shoojjjj/120151012507
http://minhofx.blog.me/110082024006