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목차
1. 나노소자공정 보고서
1.1. 실험 개요
1.2. 이론 조사
1.2.1. XRD 분석 기술
1.2.2. SEM 분석 기술
1.3. 실험 기기
1.4. 예비보고서
1.5. 참고 문헌
2. 집적회로 소자 공정 미세 분석법
2.1. 개요
2.2. 결과보고서
2.2.1. XRD 분석 원리
2.2.2. XRD를 통한 분석 기술
2.2.3. 철(Fe)의 (220)면에 대한 분석
2.2.4. SEM 분석 원리 및 응용범위
3. 산업기술분야 유망직업 분석
3.1. 연구 목적
3.2. 연구방법 설계 및 연구과정
3.2.1. 산업기술분야 유망직업 정의 및 선정 기준
3.2.2. 유망직업 후보군 도출 절차
3.2.3. 유망직업 평가 및 선정 방법
3.3. 10대 유망직업 선정 결과
3.4. 연구의 시사점 및 한계
4. 참고 문헌
본문내용
1. 나노소자공정 보고서
1.1. 실험 개요
직접회로의 공정 및 재료분석법에 있어서 대표적인 미세 분석법(microstructure analysis)에 대한 원리를 이해하고자 한다. 대표적인 미세분석법인 XRD분석 및 SEM 분석법에 대한 원리에 대한 이해 및 이를 이용한 데이터 시트의 분석에 그 목적을 두고 있다. 본 실험을 통해 결정(crystalline) 및 비결정(non-crystalline)상태의 분석을 가능하게 하며, 실제 미지의 샘플(unknown sample) 측정을 통해 구성 물질을 파악하는데 그 목적이 있다. 또한 SEM 분석을 통해 소자 및 재료의 미세 구조 및 두께 등의 육안으로 파악할 수 있는 분석법을 익히며, 이를 통해 실제 직접회로 소자 공정 및 분석에 있어서의 마이크로/나노 스케일의 분석에 대한 이해 및 응용을 가능하게 하고자 한다.
1.2. 이론 조사
1.2.1. XRD 분석 기술
X-선 회절(XRD)은 X-선이 물질의 결정 구조에 의해 회절되는 원리를 기반으로 한다. X-선 빔은 결정과 상호 작용할 때 결정 내의 원자 배열에 따라 특정한 방향으로 산란된다. 이 회절 패턴은 기록되고 분석되어 결정의 결정 구조, 격자 매개 변수 및 방향을 결정할 수 있다. 브래그의 법칙, 여기서 n은 정수, lambda는 입사되는 X-선의 파장, d는 결정면 사이의 거리, theta는 입사각, XRD 분석의 기본이다. 분말법 회절분석은 분말화된 샘플을 사용하고, 이 샘플은 많은 수의 작은 결정체로 구성되며, 이 결정체의 무작위 방향은 가능한 모든 회절 방향을 사용할 수 있도록 보장한다. 이 방법은 결정체의 상 확인 및 정량 분석에 널리 사용된다. 박막 XRD는 기판 위에 증착된 물질의 얇은 층을 연구하는 데 사용되며, 이 방법은 필름의 두께, 구성 및 결정학적 방향에 대한 정보를 제공한다. 고해상도 XRD 기술은 회절 패턴에서 더 높은 해상도를 달성하기 위해 고급 고니오미터와 단색기를 사용하여 단결정의 변형률, 결함 및 기타 미세한 구조적 세부 사항을 자세히 분석할 수 있다.
1.2.2. SEM 분석 기술
SEM 분석 기술은 진공 중에 놓여진 시료표면을 1~100nm 정도의 미세한 electron beam으로 X-Ray의 이차원 방향으로 주사하여 시료표면에서 발생하는 다양한 신호를 검출하여 음극선관 화면상에 확대화상을 표시하거나 기록하는 분석법이다.
SEM은 electron optical system을 갖추어야 하는데, electron gun이라고 하는 광원으로 쓰이는 전자를 만들고 가속시키며, 전자를 공급하는 역할을 한다. 주로 가열된 필라멘트에서 전자를 방출하는 thermionic emission gun을 사용한다. 시료에서 반사되거나 반응하여 방출되는 secondary electron를 검출하고 모으기 위한 detector도 필수적이다. 방출된 secondary electron는 높은 전압에 의해 scintillator에 부딪히고 빛나게 되고 다시 photo-multiplier tube를 통과하여 전자의 형태로 바뀌고, 증폭되어 전기적인 신호가 된다. Condenser Lens와 Objective Lens는 전자를 모아주고 초점을 맞추어 주는 역할을 하며 자기장을 걸어 electron beam을 조절하는 Magnetic Lens를 사용하기도 한다. Specimen Stage는 현미경에 의해 확대되기 때문에 안정적이고 부드럽게 움직여야 하며, 수평, 수직움직임이 가능하고 회전움직임과 기울임이 모두 가능해야 한다. 전자 빔이 시료의 표면에 조사될 때 발생되는 다양한 신호 중 흡수전자는 전도성 시료인 경우 stage와의 접지를 통해 제거되지만 비전도성 시료는 시료 내부, 혹은 표면에 전자가 누적되는 Charge-up 현상이 발생하게 되며, 이를 방지하기 위해 금, 백금, 팔라듐 등의 금속으로 코팅하는 과정이 필요하다. 이처럼 SEM은 시료 표면의 미세 구조와 구성 성분을 분석할 수 있는 강력한 분석 기술이다.
1.3. 실험 기기
본 실험의 실험 기기는 다음과 같다. 고가의 장비에 의한 분석이 필요하므로, 동영상을 통한 장비 이용 및 분석법에 대한 이해를 통해 시뮬레이션을 시행한다. 결과 분석 및 실험은 획득된 데이터 시트를 이해하고 분석할 수 있도록 진행되며, 이러한 자료는 랜덤하게 실험 수업 진행 시 제공될 예정이다.
1.4. 예비보고서
XRD: 실험 전 동영상을 통해 사용되어지는 장비 및 시편의 준비에 대한 예비 지식을 터득한다. 이는 XRD 실험을 이해하는 데 도움이 된다.
XRD: Bragg' law를 숙지한 후, 기본적인 XRD 분석법에 대한 이해를 갖추어야 한다. Bragg's law는 XRD 분석...
참고 자료
[참고 문헌]
Cullity, B. D., & Stock, S. R. (2001)는 X-선 회절에 대한 기본적인 원리와 응용분야를 설명한다. [2]
Goldstein, J., Newbury, D. E., Joy, D. C., Lyman, C. E., Echlin, P., Lifshin, E., ... & Sawyer, L. (2003)는 주사전자현미경의 구조와 작동원리, 분석기술 등을 자세히 다루고 있다. [3]
Reimer, L. (1998)는 주사전자현미경의 물리적인 특성과 이미지 형성 원리, 미량분석 기술 등을 기술하고 있다. [5]
Malvern Panalytical. (2020)은 X-선 회절 분석을 위한 시편 준비 방법에 대해 자세히 설명하고 있다. [6]
광운대학교 전기공학과(2013)에서는 전기공학 실험과정에서의 X-선 회절 및 주사전자현미경 분석 기술에 대해 상세히 기술하고 있다. [1]광운대학교 전기공학과, 전기공학머신러닝, 9-15p.
Cullity, B. D., & Stock, S. R. (2001). Elements of X-ray Diffraction (3rd ed.). Prentice Hall.
Goldstein, J., Newbury, D. E., Joy, D. C., Lyman, C. E., Echlin, P., Lifshin, E., ... & Sawyer, L. (2003).
Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis. Springer.
Reimer, L. (1998). Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis. Springer.
Malvern Panalytical. (2020). XRD Sample Preparation Webinar.
