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응용분야

Hyper Lab

  • Nano surface characterization
    반도체 산업에서 표면의 Topological 특성은 잠재적인 고장 원인을 파악하거나 성공률을 예측하여 공정의 전체 수율을 향상시키는 데 중요합니다. 따라서 실리콘 기판 및 패턴 웨이퍼의 가장 작은 표면 특성을 조사하는 것은 이 산업 내에서 다양한 응용 분야에서 찾아볼 수 있습니다.
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    일반 광학 현미경으로 얻을 수 있는 최대 확대율은 광선의 특성으로 인해 대략 800-1000×로 제한됩니다. 더 높은 확대율을 위해서는 주로 주사전자현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM)을 사용하며, 그 중에서도 전자를 투과시키는 전자 현미경 (Transmission Electron Microscope, TEM)은 최대 확대율을 제공하여 단일 원자까지 관찰이 가능합니다.
    그럼에도 불구하고 왜 스캐닝 프로브 현미경 (Scanning Probe Microscope, SPM)과 같은 현미경 유형이 존재하는 이유일까요?
    1. 샘플의 보존 : 전자 현미경으로 검사해야 하는 샘플은 얇게 슬라이스해야 하며 이로 인해 파손될 가능성이 높습니다. 반면 SPM 기술은 샘플을 손상시키지 않고 원자 수준의 표면 구조를 이미징할 수 있습니다.
    2. 3차원 이미징 : 또 다른 이유는 SPM 현미경이 제공하는 이미징 방식입니다. SPM 현미경의 결과물은 일종의 3D 이미지로 표시됩니다(2D 정보만 평가되는 경우에도 해당). 반면 전자 현미경을 사용하여 샘플의 표면 구조를 조사하는 것이 매우 어렵습니다.
    3. Non-vacuum 측정 : SPM은 전바 및 광학 현미경과 달리 진공 환경이 필요하지 않습니다.
    4. Physical properties 측정 : 전자 및 광학 현미경과 달리 전기적 특성 (예: 켈빈 프로브 힘 현미경, KPM/KPFM) 또는 자기적 특성 (자기력 현미경, MFM)과 같은 다른 물리적 효과를 측정할 수 있습니다. 이러한 다양성은 SPM을 다른 현미경과 구분짓는 특징입니다.
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  • Correlative microscopy
    반도체 장치는 종종 다양한 물질과 층 쌓기 기술을 활용한 복잡한 heterostructures 로 이루어져 있습니다. 이러한 층 간 인터페이스의 전자적 특성은 디바이스 성능에 중요하지만, 예측할 수 없는 요소에 영향을 받을 수 있습니다.
    여기에서는 유기 태양 전지를 예로 들어 이러한 heterostructures interface를 실시간으로 분석하는 강력한 방법을 소개합니다. Saive 및 그 동료들이 개발한 이 방법은 스캐닝 Kelvin Probe Force Microscopy (SKPM)를 사용하여 전기적 특성을 측정합니다. SKPM은 다양한 층 간의 작용 함수의 고해상도 측정을 제공하여 외부 전압을 가할 때 다양한 층 간의 전압 강하를 직접 측정할 수 있습니다.
    유기 반도체는 공기 노출에 민감하기 때문에 공기 밀봉 용기를 사용합니다. Carl Zeiss AURIGA 크로스빔 워크 스테이션과 Carl Zeiss MERLIN의 AFM 옵션을 결합하여 공기에 노출시키지 않고 태양 전지를 준비하고 조사할 수 있습니다.
    이 방법은 복잡한 반도체 인터페이스의 surface topography, mechanical, electrical, magnetic properties에 대한 나노미터 수준의 통찰력을 제공하여 이해를 높이는 데 도움이 됩니다.
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    왜 원자력 현미경 (AFM)을 스캐닝 전자 현미경 (SEM)과 결합해야 할까요? 결합된 SEM-AFM은 두 시스템을 독립적으로 사용하는 것과 비교하여 여러 가지 이점을 제공합니다. 이 시스템은 표면 및 나노구조물을 측정하는 새로운 가능성을 제공합니다. SEM과 AFM의 결합은 AFM 팁의 정확한 위치 지정을 가능하게 합니다. AFM은 표면의 지형, 전기 및 기계적 특성에 대한 정확한 정보를 제공합니다.
    응용 분야:
    -표면 특성 분석, 예를 들면:
    -샘플 표면에 작용하는 자기력
    -켈빈 프로브 힘 현미경 (KPFM)을 통한 화학적 표면 전위
    -표면의 전도성 등

    -SMD 콘덴서의 층 구조에서의 전위 분포
    -지극히 다른 두 전극 재료 간의 전위 차이
    -그래핀 및 기타 2D 물질

    -다음 분야의 특성화:
    -나노 규모 장치의 이질적인 구조 및 반도체의 기능적 구조
    -에너지 저장
    -지속 가능한 에너지 생산
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  • Nanoindentation
    Nanoindentation 은 물질의 작은 부피에 대한 정량적인 기계적 특성을 해석하는 데 핵심 역할을 합니다. 이 기술은 이제 hard thin films, multi-phase metals, ceramics, soft films, semiconductors, biological materials, plastics 등 다양한 재료의 elastic, plastic, viscoelastic properties 를 마이크론에서 나노미터 규모로 평가하는 데 확립된 방법입니다.
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    nanoindentation 테스트는 연구 대상이 되는 부드럽고 단단한 표면뿐만 아니라 thermal spray coatings 과 같은 산업 공정에 의해 생성된 거친 표면과 같은 다양한 표면에 대한 정밀한 load-displacement curves 을 제공합니다. 이를 통해 소재의 작은 부피에 대한 기계적 특성을 정량적으로 측정할 수 있습니다. 주로 thin films, multi-phase metals, ceramics, biological materials 등에 적용되며, viscoelastic measurements , MEMS의 flexure testing 및 서브 미크론 규모의 기계 측정을 포함한 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 일반적으로 측정되는 소재 특성으로는 elastic modulus, hardness, yield strength 가 포함되며 시료에 따라 저장 및 loss moduli, fracture toughness, scratch resistance, wear properties 도 측정됩니다.
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  • Parallel Dipole Line Hall Measurement
    PDL Hall 시스템은 AC 및 DC Hall 측정 모드를 모두 수행할 수 있습니다. AC 필드 측정 모드는 주로 이동도가 0.1 cm²/Vs 미만인 물질을 다룰 때 유리한데, 이러한 물질은 일반적으로 반도체, 태양전지 또는 열전소재와 관련이 있습니다.
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    홀(Hall) 측정은 전자 재료와 디바이스에 있어 가장 중요한 측정 중 하나입니다. 그러나 전동도가 낮거나 매우 얇은 필름(고저항) 또는 저항이 매우 낮은(예: 금속) 물질의 홀 측정은 신호 대 잡음(S/N) 비율이 매우 낮아 문제가 될 수 있거나 불가능할 수 있습니다.
    이 문제를 해결하기 위해 병렬 이중선(PDL) 시스템은 독특한 "Camelback Field Confinement"를 나타내는 혁신적인 magnetic trap system 을 소개합니다. 이 시스템은 diamagnetic materials (예: graphite)를 diamagnetic levitation 효과를 이용하여 중앙에 포획합니다.
    Semilab의 병렬 이중선 홀 측정 시스템(PDL-1000)은 이러한 기술을 활용하여 연구 및 개발 응용 분야에서 시트 저항, 캐리어 농도 및 이동도를 고감도로 다양한 범위에서 측정할 수 있습니다.
    SEMILAB PDL-1000 시스템에서 제공하는 PDL 홀 효과 기술은 IBM에서 개발 및 특허를 받았습니다.
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