초음파현미경을 이용한 나노 구조 박막 시스템의 비파괴평가

Chiaki Miyasaka,박익근(Ik Keun Park),박태성(Tae Sung Park) 한국비파괴검사학회 2010 한국비파괴검사학회지 Vol.30 No.5

최근 재료, 생물의학(biomedicine), 음향, 전자 등 다양한 분야에서 나노 구조를 갖는 박막 기술이 도입되면서 박막 계면의 수명과 내구성 확보를 위한 초고주파수의 초음파현미경을 이용한 정량적인 비파괴적 접합평가에 관한 연구가 큰 이슈가 되고 있다. 본 연구에서는 초음파의 집속, 누설탄성표면파의 발생과 V(z) 곡선의 시뮬레이션 그리고 초고주파수 음향 이미징 기법을 이용하여 나노 스케일 구조를 갖는 박막 시험편의 접합계면을 평가하였다. V(z) 곡선의 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 접합계면에 존재하는 미세 결함(디라미네이션 등)의 검출 감도를 추정할 수 있었으며, 1 GHz의 초고주파수 디포커싱 모드로 박막 시험편의 접합계면에 존재하는 나노 스케일의 미세 결함을 음향 이미지로 가시화 할 수 있어 나노 구조를 갖는 박막의 접합계면의 비파괴평가에 초음파현미경이 매우 유용함을 알 수 있었다. In recent years, as nano scale structured thin film technology has emerged in various fields such as the materials, biomedical and acoustic sciences, the quantitative nondestructive adhesion evaluation of thin film interfaces using ultra high frequency scanning acoustic microscopy(SAM) has become an important issue in terms of the longevity and durability of thin film devices. In this study, an effective technique for investigating the interfaces of nano scale structured thin film systems is described, based on the focusing of ultrasonic waves, the generation of leaky surface acoustic waves(LSAWs), V(z) curve simulation and ultra high frequency acoustical imaging_ Computer simulations of the V(z) curve were performed to estimate the sensitivity of detection of micro flaws(i.e., delamination) in a thin film system. Finally, experiments were conducted to confirm that a SAM system operating at a frequency of 1 GHz can be useful to visualize the micro flaws in nano structured thin film systems.

Characterization of Deformation-Induced Metallurgical Change in Austenite Stainless Steel Sheet with Acoustic Microscopy

Yukio Kasuga,박태성,박익근,Chiaki Miyasaka 대한금속·재료학회 2012 METALS AND MATERIALS International Vol.18 No.2

This article reports on the non-destructive evaluation (NDE) of metallurgical changes induced by the deformation processes. In particular, the martensite and reversed austenite states of a meta-stable austen-itic stainless steel sheet were evaluated. The sheet was elongated up to 40 % at room temperature, and was then brought below room temperature to produce martensite. This was then followed by annealing for reversion. First, martensite content was measured with a Feritscope. Second, the surface acoustic wave (SAW) velocity was measured with a high numerical aperture spherically focused ultrasonic beam with a frequency equal to 600 MHz. The measured SAW velocity values were found to be dependent on the elongation, the ambient temperature during elongation, and the annealing temperature. A useful trend was found in the correlation between the measured SAW velocity and the martensite content as measured with the Feritscope. Second, using a high frequency (i.e., 800 MHz) acoustic imaging technique, the deformed and annealed grain structures were mapped. In comparing the acoustic images with the optical images, the deformed grains shown in the acoustic images were found to be significantly clearer than those shown in the optical images. These studies reveal the importance of NDE, in connection with the forming of stain-less steel structures, to map the deformation induced metallurgical changes. Here, unique NDE techniques are seen to be effective in mapping the changes with the use of hypersonic SAW velocity measurements and imaging.

UAFM을 이용한 폴리머 박막의 접합 특성 평가

곽동열(Dong-Ryul Kwak),박태성(Tae-Sung Park),박익근(Ik-Keun Park),Chiaki Miyasaka 한국비파괴검사학회 2012 한국비파괴검사학회지 Vol.32 No.2

본 연구에서는 초음파원자현미경 캔틸레버의 접촉 공진주파수를 이용하여 실리콘 웨이퍼와 나노스케일의 폴리머 박막 패턴의 접합면 사이에서 나타나는 접합 특성을 UAFM 이미지를 통해 평가하였다. 이를 위해 실리콘 웨이퍼의 표면 처리 공정을 다르게 하였고 리소그래피 공정을 통해 300 nm의 폴리머 박막 패턴을 제작하였다. 제작된 시험편의 접합 상태를 광학현미경 이미지를 통해 서로 비교하였고 나노 스크래치 시험의 임계하중 값을 통하여 나노 패턴의 접합 상태를 검증하였다. 각각의 시험편에 대해 UAFM을 이용하여 1 ㎛ × 1 ㎛ 크기의 표면 이미지와 표층부의 접합상태 이미지를 각각 얻었고 접촉 공진주파수의 진폭과 위상의 변화로 인한 접합부의 이미지 콘트라스트 차이로 접합 상태를 평가하였다. This study presents the assessment results of adhesive properties on the interface between a silicon wafer and nano-scale polymer thin film pattern through UAFM images by using the contact resonance frequency of the cantilever. For the experiment, we varied surface treatment processes for the silicon wafer and fabricated a 300nm polymer thin film pattern through lithography. Images from the optical microscope were used to compare the produced test specimens for adhesive condition and the critical load value from the nano scratch test was used to verify the adhesive condition of the nano pattern. Each test specimen resulted in a 1 ㎛ ×1 ㎛ surface image and subsurface adhesive image. Adhesive condition was evaluated by image contrast differences on the interface according to the changing amplitudes and phases of contact resonance frequency.

초음파 현미경을 이용한 나노 박막의 접합 강도 평가

박태성(Tae-Sung Park),곽동열(Dong-Ryul Kwak),박익근(Ik-Keun Park),Chiaki Miyasaka 한국비파괴검사학회 2012 한국비파괴검사학회지 Vol.32 No.4

최근 나노 박막은 MEMS/NEMS, 광학 코팅, 반도체 산업 등 다양한 분야에서 사용이 되고 있다. 박막은 마모, 침식, 부식, 고온 산화를 방지하기 위한 목적으로 사용될 뿐 아니라 특성화된 자기, 유전적 특성을 만들기 위한 목적으로 사용된다. 많은 연구자들이 이러한 박막 구조의 특성(밀도, 입자 크기, 탄성 특성, 필름/기지 계면의 특성)을 평가하기 위하여 많은 연구를 진행하고 있다. 이들 중에 박막과 기지 사이의 접합 특성을 평가하는 것이 많은 연구자들의 주 관심사가 되어 왔다. 본 연구에서는 나노 박막의 접합 특성을 평가하기 위하여 각기 다른 접합 특성을 가지는 폴리머 박막 시험편을 제작하였다. 제작된 시험편의 접합 특성을 측정하기 위하여 초음파현미경의 V(z) 곡선법을 이용하여 표면파의 속도를 측정하였다. 또한 계면을 포함하는 시험편의 표면을 전파하는 표면파의 속도와 접합력의 상관관계를 확인하기 위해 나노 스크래치 시험을 적용하였다. 그 결과 초음파현미경을 이용하여 측정된 표면파의 속도와 나노스크래치 시험을 이용한 임계하중이 일치하는 경향성을 나타내었다. 결론적으로 초음파현미경의 V(z) 곡선법은 나노 스케일 박막 계면에서의 접합 상태를 평가할 수 있는 기법으로 그 가능성을 나타내었다. In recent years, nano-structured thin film systems are often applied in industries such as MEMS/NEMS device, optical coating, semiconductor or like this. Thin films are used for many and varied purpose to provide resistance to abrasion, erosion, corrosion, or high temperature oxidation and also to provide special magnetic or dielectric properties. Quite a number of articles to evaluate the characterization of thin film structure such as film density, film grain size, film elastic properties, and film/substrate interface condition were reported. Among them, the evaluation of film adhesive to substrate has been of great interest. In this study, we fabricated the polymeric thin film system with different adhesive conditions to evaluate the adhesive condition of the thin film. The nano-structured thin film system was fabricated by spin coating method. And then V(z) curve technique was applied to evaluate adhesive condition of the interface by measuring the surface acoustic wave(SAW) velocity by scanning acoustic microscope(SAM). Furthermore, a nano-scratch technique was applied to the systems to obtain correlations between the velocity of the SAW propagating within the system including the interface and the shear adhesive force. The results show a good correlation between the SAW velocities measured by acoustic spectroscope and the critical load measured by the nano-scratch test. Consequently, V(z) curve method showed potentials for characterizing the adhesive conditions at the interface by acoustic microscope.

나노 구조 박막 시스템의 음향특성 계측

박익근(Ik Keun Park),박태성(Tae Sung Park),Chiaki Miyasaka 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11

In recent years, as nano scale structured thin film technology has emerged in various fields such as the materials, biomedical and acoustic sciences, the quantitative nondestructive adhesion evaluation of thin film interfaces using ultra high frequency scanning acoustic microscopy(SAM) has become an important issue in terms of the longevity and durability of thin film devices. In this study, an effective technique for investigating the interfaces of nano scale structured thin film systems is described, based on the focusing of ultrasonic waves, the generation of leaky surface acoustic waves(LSAWs), V(z) curve simulation and ultra high frequency acoustical imaging. Computer simulations of the V(z) curve were performed to estimate the sensitivity of detection of micro flaws(i.e., delamination) in a thin film system. Finally, experiments were conducted to confirm that a SAM system operating at a frequency of 1 GHz can be useful to visualize the micro flaws in nano structured thin film systems.

음향재료신호를 이용한 강소성변형된 알루미늄 5052 합금의 탄성계수 측정

김정석(Chung Seok Kim),박익근(Ik-Keun Park),장경영(Kyoung-Young Jhang),Chiaki Miyasaka 한국비파괴검사학회 2010 한국비파괴검사학회지 Vol.30 No.2

알루미늄 5052 합금의 탄성특성에 대한 ECAP 강소성변형과 어닐링효과를 연구하였다. 알루미늄 5052 합금은 용체화 처리 후 ECAP 가공하고 어닐링처리를 수행하였다. 탄성계수는 기존의 인장시험과 나노압입시험을 통해 측정하고 음향현미경의 음향재료신호를 이용하여 시료의 표변에서 탄성계수를 측정하였다. 기존의 시험법으로는 불가능한 소성변형과 열처리에 따른 탄성계수의 변화를 음향재료신호를 이용하여 성공적으로 측정하였고 개개의 결정립에서도 결정방위에 의존하는 탄성계수를 얻었다. The effects of severe plastic deformation, equal channel angular pressing, and annealing of Al 5052 alloy on elastic modulus have been studied. The AI 5052 alloy was plastically deformed by ECAP method after solution treatment, and then finally annealing heat treated. Elastic modulus was measured by conventional tensile and nano-indentation test, and also measured on the surface of the specimen using acoustic material signature of the acoustic microscope. The variation in the elastic modulus influenced by plastic deformation and heat treatment, inaccessible by the conventional techniques, was successfully measured by acoustic material signature and obtained the elastic modulus depending on crystal orientation at each grain.

초음파현미경을 이용한 오스테나이트 스테인레스강의 재료특성 평가

박태성(Tae-Sung Park),Yukio Kasuga,박익근(Ik-Keun Park),김경석(Kyoung-Suk Kim),Chiaki Miyasaka 한국생산제조학회 2012 한국생산제조학회지 Vol.21 No.2