RBS의 원리와 응용[Ⅱ]

황정남(C. N. Whang),송종한(J. H. Song) 한국표면공학회 1990 한국표면공학회지 Vol.23 No.2

이온선 혼합에 의한 비정질상 및 결정상 형성 예측에 관한 연구

최정동(J.D. Choi),곽준섭(J.S. Kwak),박상욱(S.W. Park),배홍구(H.K. Baik),황정남(C.N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.1

두 층으로 이루어진 박막에서 이온선 혼합에 의해 형성되는 결정상 및 비정질상을 예측할 수 있는 새로운 모델을 제시하였다. 기존의 예측 모델과는 달리, 이온선 혼합 공정에서의 확산메카니즘에 영향을 미치는 변수로서 각 원소의 응집에너지와 침입형자리 크기 그리고, 이온반경을 이용하였다. 비정질상 형상 여부를 결정하는 인자로서 ADF(amorphization determinating factor)를 새로 정의하여 다음과 같이 모델식을 세웠다. 즉, ADF=C₁(R_B-r_A)+C₂(E_(coh, max)/E_(coh, min))+α이다. ADF가 양의 값을 갖는 계는 이온선 혼합에 의해 비정질상이 형성되며 ADF가 음의 값을 갖는 계는 비정질상이 형성되지 않는다. 70여 가지의 금속/금속 및 금속/실리콘계에 대한 실험결과로부터 본 모델을 검증하였으며 아직까지 실험결과가 부족한 몇 가지 금속/실리콘계에 대해서 본 모델을 이용하여 비정질상 형성 여부를 예측하였다. A new model is proposed which correctly predicts the occurrence or absence of amorphization by Ion Beam Mixing in metal/metal and metal/Si systems. Our model is based on elemental variables related to cohesive energy, interstitial site size and atomic radii of the elements. These variables are ultimately related to atomic diffusion mechanism. We defined the ADF as the amorphization determinating factor and our model equation is ADF=C₁(R_B-r_A)+C₂(E_(coh, max)/E_(coh, min)+α. The amorphous phase formation occurs in the positive value of ADF by Ion Beam Mixing and it does not occur in the negative value. We verified our model using various experimental results and applied our model to some metal/Si systems which have no experimental results so far.

이온빔 나노 패터닝을 위한 양극산화 알루미나의 이온빔 투과

신상원,이종한,이성구,이재용,황정남,최인훈,이관희,정원용,문현찬,김태곤,송종한,Shin S. W.,Lee J-H,Lee S. G.,Lee J.,Whang C. N.,Choi I-H,Lee K. H.,Jeung W. Y.,Moon H.-C.,Kim T. G.,Song J. H. 한국진공학회 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.1

양극 산화된 알루미나 (anodized aluminum oxide : AAO)는 균일하고 일정한 크기의 나노기공 패턴을 지니고 있다. AAO를 이온빔 나노 patterning을 위한 이온조사 시 마스크로서 이용하기 위해 AAO 나노 기공을 통과하는 이온빔의 투과율(AAO에 입사한 이온에 대한 투과이온의 양의 비)을 측정하였다. Al bulk foil을 양극 산화하여 두께가 $4{\mu}m$이고 종횡비(두께와 기공의 지름의 비)가 각각 200:1, 100:1 인 AAO를 Goniometer에 부착하여 500 keV의 $O^{2+}$ 이온빔에 대해 나노기공을 정렬시킨 후, 기울임 각에 따른 투과율을 측정한 결과, 종횡비가 200:1, 100:1 일 때 투과율은 각각 약 $10^{-8},\;10^{-4}$로 거의 이온빔이 투과하지 못하였다. 반면에 $SiO_2$ 위에 증착된 Al 박막으로 양극산화하여 종횡비가 5:1인 AAO의 이온빔 투과율은 0.67로 투과율이 현저히 향상되었다. 높은 종횡비를 갖는 AAO의 경우에는 범과 AAO 기공의 정렬이 쉽지 않은데다 알루미나의 비전도성으로 인한 charge-up 현상으로 인해 이온빔이 극히 투과하기 어렵기 때문이다. 실제로 80 keV의 Co 음이온을 종횡비 5:1인 AAO에 조사시킨 후에는 AAO 나노기공과 동일한 크기의 나노 구조체가 형성됨을 주사전자현미경(scanning electron microscopy: SEM) 관찰을 통하여 확인하였다. Anodic alumina with self-organized and ordered nano hole arrays can be a good candidate of an irradiation mask to modify the properties of nano-scale region. In order to try using porous anodic alumina as a mask for ion-beam patterning, ion beam transmittance of anodic alumina was tested. 4 Um thick self-standing AAO templates anodized from Al bulk foil with two different aspect ratio, 200:1 and 100:1, were aligned about incident ion beam with finely controllable goniometer. At the best alignment, the transmittance of the AAO with aspect ratio of 200:1 and 100:1 were $10^{-8}\;and\;10^{-4}$, respectively. However transmittance of the thin film AAO with low aspect ratio, 5:1, were remarkably improved to 0.67. The ion beam transmittance of self-standing porous alumina with a thickness larger than $4{\mu}m$ is extremely low owing to high aspect ratio of nano hole and charging effect, even at a precise beam alignment to the direction of nano hole. $SiO_2$ nano dot array was formed by ion irradiation into thin film AAO on $SiO_2$ film. This was confirmed by scanning electron microscopy that the $SiO_2$ nano dot array is similar to AAO hole array.

저온에서 이온선 혼합시 야기되는 원자이동에 대한 모형

채근화(K.H. Chae),송종환(J.H. Song),정성문(S.M. Jung),장홍규(H.G. Jang),주장현(J.H. Joo),강석태(S.T. Kang),최범식(B.S. Choi),김상옥(S.O. Kim),황정남(C.N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1993 Applied Science and Convergence Technology Vol.2 No.1

이온선혼합의 열충격으로 야기되는 등방적 또는 이방적 원자이동을 정량적으로 묘사하기 위한 모형을 제시하였다. 불순물 확산에서 원자들의 이동비는 구성원자들의 활성화에너지에 의존한다. 이 모형은 0에 가까운 혼합열과 비교적 높은 활성화에너지를 가진 이중층들의 실험결과들을 만족스럽게 예견한다. 불순물 확산에서 구성원자들의 활성화에너지가 크게 차이가 나는 계들은 이방적 원자이동을 보여주는 반면, 비슷한 활성화에너지를 가지는 계들은 등방적 원자이동을 나타낸다. A simple model is presented to describe quantitative the isotropic and anisotropic atomic transport in thermal spike induced ion mixing. The ratio of atomic transport depends on the activation energies of constituents for the impurity diffusion. The model predicts fairly satisfactory the trend of experimental observations for the bilayer systems which have near zero heats of mixing and relatively high spike activation energies. The systems which have large difference in activation energies of constituents for the impurity diffusion show the anisotropic atomic transport, while the systems having similar activation energies for the impurity diffusion reveal the isotropic atomic transport.

이온선혼합을 이용한 표면개질

채근화(K . H . Chae),송종한(J . H . Song),황정남(C . N . Whang) 대한금속재료학회 1992 大韓金屬學會會報 Vol.5 No.4

계단형 텅스텐 결정면의 질소 흡착에 관한 연구 : Ⅱ. W(210) 및 W(310)면

최대선(D. S. Choi),한종훈(J. H. Han),백선목(S. M. Paik),박노길(N. G. Park),김욕욱(Y. W. Kim),황정남(C. N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1996 Applied Science and Convergence Technology Vol.5 No.4

장전자 방출법으로 텡스텐 (210)면 및 (310)면(100)면의 질소 흡착에 의한 일함수의 변화에 heat of desorption을 측정하였으며 Thermal Desortion Spectra(TDS) 결과로부터 adsorption site를 예측하였다. 텅스텐 (210)면 및 (310)면에 에 질소가 흡착될 때 흡착율에 따라 일함수는 증가하다가 각 면에 대하여 흡착율 5 Langmuir일때 최대 변화량 0.29 eV및 0.20 eV에서 포화되었다. TDS 결과는 이 면들은 낮은 dose의 영역에서 각각 3개의 흡착 site가 있음을 보였으며 이 흡착 site들 중 α₁state의 spectrum의 강도는 (210)면에서 보다 (310)면에서 상대적으로 강해짐을 보였다. 또한 (210)와 (310)면의 α₁ 과 β₂ state의 흡착 site에 흡착된 질소의 dipole moment의 방향은 이 흡착 site들에 대응되는 (100)면의 α₁ 과 β₂state의 흡착 site에 흡착된 질소의 dipole moment의 방향과 반대 방향으로 측정되었으며 이 현상으로부터 질소의 상대적인 흡착 위치를 예측하였다. The heat of desorption and the work function change induced by nitrogen adsorption on the stepped tungstein surface planes, W(210) and W(310), are measured using the Field Electron Emission Microscope(FEM). The adsoption sites are predicted from the Thermal Desortion Spectra(TDS). The work function change of both W(210) and W(310) planes increase as increasing the nitrogen dose and saturates at the nitrogen dose about 5 Langmuir to 0.29 eV and 0.20 ev respectively. We find three adsorption site on each plane for the low dose range. The TDS result shows that the intensity of α₁, state on W(310) is much stronger than that of α₁ state on W(210), and the direction of nitrogen dipole moment adsorbed on the sites correspond to α₁, and β₂ states on W(210) and W(310) planes are in the opposite direction to that of the equivalent states on W(100) plane. From this observation we can predict the relative atomic position in the zdirection (perpendicular direction to the surface) of nitrogen molecules/atoms adsorbed on these sites.

이온 조사된 Cu / Ni / Cu(001) / Si 자성박막에 있어서 X-ray reflectivity를 이용한 계면 연구

김태곤(T. G. Kim),송종한(J. H. Song),이택휘(T. H. Lee),채근화(K. H. Chae),황현미(H. M. Hwang),전기영(G. Y. Jeon),이재용(J. Lee),정광호(K. Jeong),황정남(C. N. Whang),이준식(J. S. Lee),이기봉(K. B. Lee) 한국자기학회 2002 韓國磁氣學會誌 Vol.12 No.5

The Cu/Ni/Cu(002)/Si(100) films which have perpendicular magnetic anisotropy were deposited by e-beam evaporation methods. From the reflection high energy electron diffraction pattern, the films were confirmed to be grown epitaxially on silicon. After 2×10^(16) ions/㎠ C+ irradiation, magnetic easy-axis was changed from surface normal to in-plane as shown in the hysteresis loop of magneto-optical Kerr effects. It became manifest from analysis of X-ray reflectivity and grazing incident X-ray diffraction that even though interface between top Cu layer and Ni layer became rougher, the contrast of Cu and Ni's electron density became manifest after ion irradiation. In addition, the strain after deposition of the films was relaxed after ion irradiation. Strain relaxation related with change of magnetic properties and mechanism of intermixed layer's formation was explained by thermo-chemical driving force due to elastic and inelastic collision of ions.

Stepped 텅스텐 결정면의 수소 흡착에 관한 연구 : I. (210)면

최대선(D. S. Choi),한종훈(J. H. Han),백선목(S. M. Paik),박노길(N. G. Park),김기석(K. S. Kim),황정남(C. N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1995 Applied Science and Convergence Technology Vol.4 No.2

본 연구에서는 새로운 장전자 방출법(DOFEC법)으로 W(210)면의 수소 흡착에 의한 일함수의 변화, heat of desorption에 대하여 연구하였다. 텅스텐 (210)면에 수소가 흡착될 때 흡착율에 따라 일함수가 증가하다가 다시 감소하는데 이것은 수소가 처음에는 (210)면의 step((100)면)에 흡착되고 dose를 증가시킴에 따라 terrace((110)면)에 흡착되기 때문임을 알았다. 즉, terrace보다 step의 sticking coefficient가 더 크며 zero coverage에서의 그 비는 2.57이며 이는 타 연구 결과와 잘 일치한다. (210)면의 step과 terrace의 수소 흡착에 대한 일함수의 정량적인 변화량 그리고 수소 dose량에 대한 각각의 면에 대한 상대적인 흡착율을 얻었으며, 이 결과는 독립된 (110)면 또는 (100)면의 결과와 잘 일치됨을 알았다. 또한 이 결과는 흡착 실험에 있어서 dose량을 흡착률로 환산하는데 사용될 수 있다. 텅스텐 (210)면에는 4개의 흡착 site가 존재하며 이 site들 중 β₂과 β₄ state는 second order 탈착 과정을 따르며 β₁과 β₃ state는 first order 탈착과정을 따른다. 따라서 텅스텐 (210)면에는 수소가 해리적 흡착을 함과 동시에 비해리적 흡착도 함을 알았으며 (210)면의 각 흡착 site를 이에 대응되는 (100)면과 (110)면의 흡착 site와 비교 검토하였다. By means of a new analysing method (DOFEC) of field emission microscopy, the heat of desorption and work function change of W(210) plane induced by hydrogen adsorption have been measured. For the (210) plane which is composed of (110) plane of terrace and (100) plane of steps, the work function change increases with increasing hydrogen dose and after passing through a maximum, decreases and becomes saturated. This result implies that the hydrogen adsorbs initially on the steps and then on the terraces with increasing the dose. Thus the sticking coefficient of hydrogen on the step is greater than that on the terrace. An estimated ratio of the sticking coefficient between the step and the terrace is 2.57. This value agrees well with other results obtained with separated single crystal planes. We determined the relative coverage of hydrogen adsorbed on the W(210) plane by measuring the work function change. We find that there are four adsorption sites for hydrogen adsorption on the W(210) plane. The β₁ and β₃ states obey the fisrt-order adsorption kinetics and β₂ and β₄ states obey the second-order kinetics. Thus we conclude that hydrogen adsorbs on the W(210) plane dissociatively as well as non-dissociatively. Finally we discuss adsorption sites by conferring the heat of desorption and work function change with existing results.

텅스텐 결정면의 질소 흡착에 관한 연구 : I. (210)면

최대선(D. S. Choi),한종훈(J. H. Han),백선목(S. M. Paik),박노길(N. G. Park),김기석(K. S. Kim),황정남(C. N. Whang) 한국진공학회(ASCT) 1995 Applied Science and Convergence Technology Vol.4 No.4

W(210)면의 질소 흡착에 의한 일함수의 변화, heat of desorption 및 흡착 site에 대하여 조사하였다. 텅스텐 (210)면에 질소가 흡착될 때 흡착율에 따라 일함수는 증가하다가 최대 변화량 0.29 eV에서 포화되었다. TDS 결과로부터 이 면은 질소에 대하여 적어도 3개의 흡착 site가 있음을 알았고 high dose에서 흡착되는 β₁ state까지 포함하면 모두 4개의 흡착 site가 있으며 이 흡착 site들 중 α₁, state를 제외하고는 모두 일함수를 증가시키는 site임을 알았다. 질소는 W(210)면의 step((100)면)과 terrace((110)면)의 중 step 에 흡착되고 독립된, 즉 무한히 큰 W(100)면의 α₁, α₂그리고 β₂ state에 대응되는 흡착 site에 흡착된 질소의 dipole moment의 방향은 W(210) 면의 step((100)면의 일부)의 α₁, α₂그리고 β₂ state에 대응되는 흡착 site에 흡착된 질소의 dipole moment의 방향과 반대 방향임을 알았다 The heat of desorption, the work function change and the adsorption site of W(210) plane induced by nitrogen adsorption have been measured. The work function change of W(210) planes increases as the nitrogen dose increases and saturated at 3 L to 0.29 eV. The thermal desorption spectrum of N/W(210) shows that there are four adsorption sites including a site corresponds to β₁, state that appears at very high dose. We find that all these adsorption sites raise the work function of W(210) plane except a site corresponds to α₁, state, and nitrogen adsorbs on the step((100)) plane but not on the terrace((100)) plane. The direction of dipole moment of nitrogen adsorbed on the sites correspond to α₁, α₂ and β₂ states on step plane(this plane is a part of (100)) is found to be in opposite direction to that of infinite size of W(100) plane.

이온선 조사의 열충격 효과에 의한 grain 성장

김성수(S. S. Kim),송종한(J. H. Song),채근화(K. H. Chae),주장헌(J. H. Joo),우정주(J. J. Woo),이임렬(R. Y. Lee),황정남(C. N. Whang),김현경(H. K. Kim),문대원(D. W. Moon) 한국표면공학회 1991 한국표면공학회지 Vol.24 No.3