■ 검색엔진 5개를 선정하여 검색연산자 사용법 조사 정리 ■{. 네이트닷컴 http://www.nate.com{연산자사용법구문정확하게 일치하는 문서를 찾을 때 이용한다. A B 으로 찾으면 A B 라는 문구가 정확하게 일치하는 문서를 검색한다.and &A and B (A & B) 는 A와 B 모두를 포함하고 있는 결과를 검색한다. &&을 사용해도 좋다.or |입력한 단어 가운데 한 가지만 있으면 웹페이지를 검색한다. A or B (A | B)는 A 또는 B 어느 한 단어라도 포함하고 있는 문서를 검색한다. ||을 사용해도 좋다.not !A not B (A ! B)는 A의 검색결과에서 B를 제외한 문서를 검색한다.near검색창에 입력한 두 단어가 인접해 있는 문서를 찾는다. A near B 로 찾으면 A 와 B 라는 두 단어가 순서에 관계없이 가까이 있는 문서를 검색한다. A near/n B 에서 숫자 n에는 1, 2, 3과 같은 자연수를 입력할 수 있으며, 이는 A와 B가 떨어져 있는 글자수를 지정해주는 역할을 한다.far검색창에 입력한 두 단어가 너무 가까이 있지 않은 문서를 검색한다. A far B 라고 쓰면 A 와 B이라는 두 단어 사이에 최소 25단어 이상이 있는 문서를 검색한다. near 연산자처럼 두 단어 사이에 들어가는 단어의 개수를 지정할 수 있다.onearnear와 비슷한 연산자로서 앞의 단어가 뒤의 단어보다 반드시 앞에 와야 한다 는 조건이 붙는다. A onear B 라고 쓰면 A 라는 단어가 B 라는 단어보다 항상 앞에 있어야 한다. onear 역시 단어 사이에 들어가는 단어 수를 조절할 수 있다. ofar 를 써도 된다.adj와 거의 같지만 단어 순서에 상관없이 검색한다. A adj B 라고 쓰면 A 라는 단어와 B 라는 단어가 순서에 상관없이 나란히 붙어 있는 문서를 검색한다.oadj와 비슷하지만 앞의 단어가 뒤의 것보다 앞에 있어야 한다. A oadj B라고 적으면 A 와 B 라는 단어가 인접해 있으면서 A 라는 단어가 B 라는 단어보다 앞에 있어야 한다.( ) ,{ } ,< >여러 연산자들을 한꺼번에 쓸 때 이용하는 것으로서 괄호 안의 연산자가 우선으로 검색된다. (A & B) ! C 라고 쓰면 A 와 B 가 들어간 문서가운데 C 라는 단어가 들어있지 않은 문서만을 검색한다.{. 네이버 http://www.naver.com{연산자사용법and &A and B (A & B) 는 A와 B 모두를 포함하고 있는 결과를 검색한다.or |입력한 단어 가운데 한 가지만 있으면 웹페이지를 검색한다. A or B (A | B)는 A 또는 B 어느 한 단어라도 포함하고 있는 문서를 검색한다.not !A not B (A ! B)는 A의 검색결과에서 B를 제외한 문서를 검색한다.within ^nA within/n B (A ^n B)는 A와 B 두 단어가 서로 순서대로 인접하여 있는 문서를 보여준다. 숫자 n에는 1, 2, 3과 같은 자연수를 입력할 수 있으며, 이는 A와 B가 떨어져 있는 글자수를 지정해주는 역할을 한다. A within/10 B (A ^10 B) 와 같은 연산이며 A 와 B가 순서대로 10글자 안에 인접한 문서를 검색한다.near ~A near B (A ~ B) 는 A와 B가 입력한 순서와 관계없이 인접하여 있는 문서를 검색한다.문장 @(A B)문장 검색은 사용자가 입력한 키워드(A,B)들이 한 문장 내에 존재하는 문서를 검색한다.구문 " "여러 단어가 결합하여 사용된 인용구를 효과적으로 검색한다.절단 **BC 또는 AB* 는 지정한 검색어의 일부로 시작 또는 끝나는 단어를 찾아 검색한다.{. 야후 http://kr.yahoo.com{연산자사용법and { }두 개 이상의 단어로 검색할 때 해당 검색어가 모두 포함되는 문서를 검색한다.or ( )두 개 이상의 단어로 검색할 때 해당 검색어 중 하나라도 포함되는 문서를 검색한다.and와or의복합사용두 개 이상의 단어로 검색할 때, 검색어 간에 and 와 or 검색을 섞어서 좀 더 세부적인 검색을 할 수 있다. 가수 팬클럽도 알고 싶고, 배우 팬클럽도 찾아보고 싶다면, {(가수 배우)팬클럽} 또는 +(가수 배우)+팬클럽 같이 입력 한 후 검색한다.not -두 개 이상의 단어로 검색할 때, 특정 단어는 반드시 들어가 있지 않은 문서를 검색할때 사용된다.특정어 +지정한 해당 검색어가 반드시 포함되는 문서를 검색한다.구문두 개 이상의 단어로 검색할 때 단어 사이의 띄어쓰기까지 포함하여 완전하게 일치하는 문서를 찾고 싶을때 사용한다.절단 *(뒤)지정한 검색어로 시작되는 단어를 찾아 사이트를 표시해 준다. 영문 검색어, 검색어의 일부분만 알고 있을 때 사용한다.제목검색 t:입력한 검색어가 홈페이지 제목에 있는 문서를 찾아준다. 예를 들어 제목에 A 라는 검색어가 들어있는 문서를 찾고 싶다면 t:A 또는 title:A 라고 입력한 후 검색한다.url검색 u:지정한 검색어가 홈페이지 주소에만 들어있는 문서를 찾아줍니다. 예를 들어 url에 A 라는 검색어가 들어있는 문서를 찾고자 한다면, u:A 또는 url:A 라고 입력한 후 검색한다.{. 알타비스타 http://kr.altavista.com{연산자사용법andA and B 는 지정한 단어나 구 A 와 B 를 모두 포함하는 문서를 검색한다.orA or B 는 지정한 단어나 구 A 와 B 중에서 적어도 하나를 포함하는 문서를 검색한다. 경우에 따라서 두 단어 모두를 포함할 수 있다.notA not B 는 A를 포함하는 문서 중 지정한 단어나 구 B 를 포함하는 문서를 제외한다.domain:domainnme지정한 도메인 내에서 문서를 검색한다. domain:uk를 입력하면 영국 도메인을 갖은 사이트에서 페이지를 찾고 domain:com을 입력하면 상업용 사이트에서 문서를 검색한다.host:hostname지정 컴퓨터에서 문서를 검색한다. host:A을 입력하면 A컴퓨터에 있는 문서를 찾고 host:B.A 를 입력하면 A 에 있는 B 라는 컴퓨터에서 문서를 찾는다.link:urltext다른 페이지로 연결하는 링크에 지정 url 텍스트가 있는 페이지를 찾습니다. link:A 를 입력하면 A 로 연결되는 모든 문서를 검색한다.title:text페이지 제목(대부분의 브라우저 제목 표시줄에 나타남)에 지정 단어나 구를 포함하는 페이지를 검색한다. title:A 를 입력하면 제목에 A 라는 단어를 포함하는 페이지를 검색한다.
■ 실험목적산화공정의 진행순서 및 기본원리를 이해하고 실험결과를 비교, 고찰해본다.■ 실험방법1. wafer cleaninig2. cleaning한 wafer를 O2분위기의 Furnace에서 1000도로 2시간 oxidation 시킨다.3. oxidation 시킨 wafer를 육안 검사법으로 두께를 측정한다.■ 조사내용【1】 층의 두께 측정⑴ 색 (color)그림 ) 백색광의 간섭실리콘 산화막과 질화막은 웨이퍼에서 색이 다르다. 실리콘 산화막자체는 투명하지만 웨이퍼 위에 서는 색을 가진다. 색은 실제로는 간섭현상이고, 무지개의 색과 같은 원리다. 실리콘 산화막은 투명한 박막이다. 웨이퍼에 빛이 들어 왔을때 일부는 산화막에서 반사되고, 일부는 통과해서 실리콘에서 반사된다. 산화막에서 반사된 빛이 간섭을 일으켜 색을 나타나게 된다.산화막의 색은 세가지 요인의 함수이다. 첫째는 투명막의 특성인 굴절률이다. 둘째는 측정하는 각도다. (웨이퍼를 회전시키면 색이 변한다.) 셋째는 막의 두께이다.얇은 투명막의 색은 어떤 시각을 따라 어떤 빛이 들어왔을 때 (즉, 햇및이나 인광) 두께를 가리키는 것이 된다. 색도표로부터 산화막의 두께를 알 수 있다. 간섭 때문에 색만으로는 두께를 정확히 알 수 없다. 두께가 증가함에 따라 색은 반복된다. 색의 각 반복을 오더(order)라고 한다. 산화막 두께를 도표로 알기 위해서는 색의 오더를 알아야 한다.⑵ 프린지 (fringes)그림 ) 컬러프린지 (Color Fringe)오더를 알 수 없을 때에는 프린지를 세면된다. 테스트 웨퍼의 한쪽을 HF에 몇초간 담근다. HF는 산화막을 식각한다. 백색광에서 웨이퍼를 보았을 때 웨이퍼 면과 산화막 사이의 경계 영역에 프린지가 보인다. 두께 측정은 우선 오더를 결정해야 가능하다. 색의 반복 특성을 보는 것은 간단하다. 만일 세 개의 적, 청프린지가 나타난다면 표면의 오더는 제3오더가 된다.더 정확한 프린지 계산은 단색광을 쓰면 된다. 단색광은 단색(파장)이고, 백색광은 다색광(여러 파장)이다. 샘플을 준비하는 방법은 위와 동일하다. 그런데 단색광 하에서는 프린지가 명암의 띠로서 나타난다. 막 두께는 프린지를 세서 보정계수를 곱하면 된다. 보정계수는 단파장 광의 파장에 의해 결정되는 값이다. 나트륨(Sodium)광의 파장은 5890 이다.⑶ 스펙트로포토미터 (Spectrophotometer)막 두께의 간섭측정은 자동화될 수 있다. 빛은 실제는 에너지 형태다. 간섭현상은 또한 에너지로 설명할 수 있다. 흰빛은 여러 에너지를 가지는 단색광의 혼합색이다. 빛이 투명막에서 간섭을 일으키면 나오는 빛은 한 파장, 즉 한 에너지 레벨이다. 우리 눈은 그 에너지를 색으로서 해석한다. 자동간섭 측정기인 스펙트로 포토미터는 포토셀이 우리 눈을 대신한다. 자외선 영역의 단색광이 샘플에서 반사되고, 포토셀에서 분석된다. 정확성을 위해 여러 상태에서 읽어진다. 여러 상태는 다른 단색광(파장을 바꾼다)으로 바꾸거나 웨이퍼에 입사되는 빔의 각도를 바꾸어 줌으로서 얻는다. 스펙트로 포토미터의 측정데이터로부터 산화막의 두께를 계산한다. 이는 또한 실리콘 두께 측정에도 쓰인다. 실리콘은 자외선에 불투명하기 때문에 자외선(IR)광원을 쓴다. 스펙트로 포토미터는 1100 이하에서는 정확하지 않다. 이보다 더 얇은 산화막의 두께 측정에는 엘립소미터(Ellipsometer)를 사용한다.⑷ 엘립소미터 (Ellipsometer)엘립소미터는 레이저 빔을 써서 스펙트로 포토미터와는 다른 원리로 두께를 측정한다. 레이저 빔은 편광(Polarization)되어 있는데, 이로 인해 파는 한 면으로만 움직인다. 편광된 빔은 산화막이 입혀진 웨이퍼에 어떤 각도로 들어온다. 그 빔은 산화막을 통과하여 실리콘과 산화막의 경계면에서 반사된다. 필름에 빛이 들어오고 있을 때 빔의 면이 회전한다. 빔이 회전하는 양은 두께와 막의 굴절률의 함수가 된다. 검지기가 회전량을 측정한 후 컴퓨터로 두께와 굴절률을 계산한다. 엘립소미터는 얇은 산화막(50∼1200 )을 측정하는데 사용된다. 이 정도의 두께범위에서는 정확도가 다른 장비보다 훨씬 높다.⑸ 스타일러스 (Stylus)알루미늄 등의 박막은 광학장비로는 셀 수 없다. 알루미늄의 경우 그리고 다른 도체 막의 경우 4탐침법으로 두께를 정확히 못잰다.그림 ) 이동 스타일러스에 의한 스텝높이 측정이 경우 이동 스타일러스가 쓰인다. 이때는 박막의 일부가 제거되어야 한다. 이는 마스킹 및 예치 스텝스 밑을 천천히 움직인다. 스타일러스가 표면에 조용히 내려진다. 측정에 들어가기 앞서 그 스테이지가 스타일리스 밑을 천천히 움직인다.스타일러스 자체는 스타일러스 위치에 따라 전기적 신호를 내는 인덕터에 연결되어 있다. 이 신호는 증폭되어 X-Y 플로터에 보내진다. 스타일러스가 표면스텝에 이르면 그 위치가 변하므로 신호가 나온다. 이 변화는 X-Y플로터의 펜 위치를 변화시킨다. 펜 위치 변화의 크기는 스텝높이에 따르며, 눈금있는 X-Y기록표에 기록된다.【2】 반도체공정 중 oxidation의 사용분야 및 응용방법게이트 산화층, 절연 산화층, 커패시터, 마스크, 표면 보호막, 소자간 격리등에 쓰인다. 반도체 재료로서 실리콘의 장점의 하나는 산화 실리콘(SiO2)을 형성하기 쉽다는 점이다. 산화층은 반도체 소자제조에 있어 세가지 주요 기능을 한다.⑴ 표면보호 (Surface Passivation)실리콘의 비저항과 전도도는 0.001%의 도펀트로도 변화한다. 그런데 공정중에 생긴 오염으로 인해 저항과 전도의 형태가 바뀌고, 소자의 동작이 바뀌게 된다. 산화실리콘의 층은 두가지 방법으로 오염을 방지한다. 첫째, 오염물이 실리콘에 닿는 것을 막아준다. 둘째, 산화층이 아래로 성장해감에 따라 새로운 표면이 형성된다. 원래 표면에 있던 오염물이 산화층 위로 올라가 덜 위험하게 된다.⑵ 확산 마스킹 (Diffusion Masking)도핑방법은 산화막에 패턴을 형성하고 도펀트를 확산 또는 이온주입시키는 것이다. 도핑 중 도펀트는 실제로는 산화층내로 확산된다. 그러나. 실리콘보다는 산화막에서 천천히 확산된다. 산화막 두께를 충분히 두껍게 형성한 부분은 도펀트가 웨이퍼 표면에 닿는 것을 막을 수 있다.⑶ 유전체공정이 끝난 후 웨이퍼의 액티브지역은 산화막 위의 알미늄 배선에 의해 연결된다. 산화막의 질연성으로 인해 금속배선이 실리콘과 닿는 것을 막아준다. 산화막이 이러한 기능을 하는 지역을 FIELD산화막이라고 한다. 단락은 산화막이 너무 얇거나 금속배선의 전압이 웨이퍼 표면에 전하를 유기시키면 일어난다. 그러한 구조가 산화막을 유전체로 쓰는 캐퍼시터가 된다. MOS트랜지스터에서는 소스와 드레인지역을 연결하는 채널을 형성하는 전하를 유기시키기 위해 의도적으로 게이트 지역에 충분히 얇은 산화막을 기른다. 이러한 산화막을 게이트산화막(Gate Oxide)이라고 한다.그림 ) 산화실리콘의 쓰임새【3】 Dry oxidation과 Wet oxidation의 차이실리콘 산화막은 수증기나 순수한 산소 분위기하에서 일반적으로 900~1200 의 높은 온도로 웨이퍼를 가열하면 얻을 수 있다. 이런 높은 온도에서는 수증기나 산소가 모두 실리콘 산화막으로 전이된다. 그때 산소가 실리콘 표면에 도달하면 실리콘과 결합하여 실리콘 산화막을 형성한다. 실리콘 표면에서의 화학적 반응은 다음과 같다.Dryoxidation : Si + O2 SiO2그림 ) 온도에 따른 확산 그래프 및 산화막 형성Wetoxidation : Si + 2H2O SiO2 + 2H2아래 그림에서와 같이 산화막이 성장하면서 실리콘을 소모하고 그 결과로 산화막이 성장한다. 최종 산화막은 원래 표면보다 약 54%위로 성장하고 아래로는 46%감소한다.습식 산화의 경우, 산화시간 대 산화두께의 실험적 값의 그림은 t=0 일때 거의 영의 초기두께를 가진다. 건식산화의 경우 유사한 그림을 그리면 800-1200도 온도범위에서 초기 산화 두께는 250이 된다. 따라서 건식산화를 게산할 때 초기 산화 두께를 생각해 주어야 한다. 습식과 건식산화 과정에서 산화율에 영향을 주는 다른 요소로는 압력, 결정성, 불순물 도핑이 있다. 수증기는 이산화 실리콘에서 산소보다 융해도가 높기 때문에 산화율이 더 높아지게 된다. 천천히 성장시키면 밀도가 높고 질이 좋은 산화막이 생성되는데 이는 MOS게이트 산홧가에 사용도니다. 습한 산소로 좀더 빨리 성장시키는 것은 두꺼운 마스크층을 만드는데 사용된다.습식과 건식산화과정에서 산화율에 영향을 주는 다른 요소로는 압력, 결정성, 불순물 도핑이 있다. 수증기는 SiO2에서 산소보다 용해도가 높기 때문에 습한 분위기에서의 산화율이 더 높아지게 되는 것이다. 천천히 성장시키면 밀도가 높고 질이 좋은 산화막이 생성되는데 이는 MOS게이트 산화막에 사용된다. 습한 산소로 좀더 빨리 성장시키는 것은 두꺼운 마스크층을 만드는데 사용된다.산화물의 성장주기는 보통 건식/습식/건식 산화의 연속으로 성립된다. 수분이 있을 때 성장률이 훨씬 높기 때문에 산화물의 대부분은 습식산화 단계를 통해 성장된다. 건식산화를 하면 습식산화보다 높은 밀도의 산화물을 얻을 수 있다. 높은 밀도는 차례로 높은 항복전압을 얻는다. 공정을 잘 제어하기 위해서 MOS 소자의 얇은(
1 . 같은 입자강화인 석출강화와 분산강화의 차이점금속기지속의 미세하게 분산된 불용성 제 2상으로 생기는 강화를 분산강화라 한다. 이것과 비슷한 현상으로 석출경화 (또는 시효경화)가 있다. 금속은 기지에 미세하게 분산된 불용성의 제2상에 의해 효과적으로 강화된다. 이때 분산된 제2상이 어떤 방법에 의해 도입되었는가에 따라 석출경화와 분산강화로 구별하여 부르고 있다.고온에서 고용체를 이루지만 저온에서는 제 2상을 갖는 합금을 고용체로 존재하는 온도로 가열하여 용체화처리를 해서 급냉한 다음 저온에서 유지시키면 석출상이 생기는 과정에서 합금의 경화가 일어난다. 이러한 현상을 석출경화 또는 시효경화라 한다. 석출경화의 대표적 합금으로 Al합금과 Cu-Be합금을 들 수 있다. 석출경화가 일어나기 위하여는 고온에서는 제 2상이 용해되어야 하고 온도가 감소함에 따라 제 2상의 고용도가 감소하여야 한다. 이와는 달리 분산강화계에서는 제 2상이 고온에서도 고용도가 매우작다. 석출경화합금이 고온에서 제 2상이 없어지므로 고온에서는 연화되지만 분산강화재료는 고온에서도 제 2상(보통 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물)등이 기지 금속에 용해하지 않기 때문에 고온에서도 상당한 기계적 강도를 유지한다.분산강화 재료를 만들기 위한 방법으로는 금속분말과 제 2상입자를 혼합, 성형, 소결과정을 거쳐 만드는 분말야금법과 귀금속과 비금속의 합금을 만든 다음 산화시켜 비금속이 우선적으로 산화하여 귀금속의 내부에 비금속의 산화물이 분산되는 내부산화법이 있다. 이러한 재료는 제 2상이 미세하게 분산되어 있기 때문에 단상합금보다 재결정과 결정림 성장이 훨씬 어렵다. 결정립 성장이 일어나려면 입계이동이 일어나야 한다. 입계가 제 2상입자에 걸리게 되면 이동하기가 어렵게 된다. 따라서 결정립 성장이 어렵게 된다. 분산입자의 기지합금으로의 용해도가 매우 작기 때문에 시간의 경과에 따라 입자의 성장이 거의 이루어지지 않는다. 이것은 시효경화재료의 경우 시효중 석출상의 성장이 잘 일어나는 것과 대조적이다.모든 서 석출경화가 가능한 것은 아니다. 석출경화가 일어나기 위해서는 온도에 따른 고용도의 차이가 있어야 한다. 고온에서는 제2상이 용해되어야 하고 온도가 감소함에 따라 제2상의 고용도가 감소해야 한다. 예를들어 Al-Cu, Cu-Be, Cu-Sn, Mg-Al, Fe-C계 합금들은 모두 석출강화에 충분한 조건을 갖는다. 그러나 분산강화계에서는 제2상의 고용도가 고온에서도 매우 작다. 석출경화가 이루어지는 재료는 고온에서는 단상이고 제2상 입자를 만드는 원자는 기지내에 어느정도 용해될 수 있어야 한다. Cu-Pb, Fe-Bi, Al-Ti, Fe-Pb계 합금들은 전혀 또는 거의 고용도가 없는 계열이므로 고용도에 의한 제 2상의 석출을 기대하기 어렵다. 그러므로 모든 합금에서 석출경화가 가능한 것은 아니다.2. 석출경화형 합금의 강화정도에 영향을 미치는 요인들은?제 2상입자로부터 생기는 강화의 정도는 연성기지내의 입자의 분포에 따라 달라진다. 제2사입자의 모양, 부피분율, 평균입자지름 및 평균입자간 거리가 강화정도를 나타내는데 필요한 인자인데 서로 관계가 있다. 예를 들면 제 2상의 부피분율이 일정할 때 입자의 크기가 감소하면 입자간 평균거리는 감소한다. 또 입자의 크기가 일정하면 제 2상의 체적분율이 증가할수록 입자간격이 감소한다. 석출입자가 안정된 온도에 있다 하더라도 그 입자는 조대화되면서 전체 표면적을 줄이려는 경향이 있다. 작은 입자는 재용해 되려는 경향이 있으며 큰 입자는 더 큰 입자로 성장한다. 석출상은 전기전도도, 항복강도, 경도, 보자력 같은 조직에 민감한 기계적 물리적 특성을 변화시킨다. 석출입자의 크기와 분포는 이들 특성을 변화시키는 요인이 된다.분산강화와 가공경화 효과를 조합함으로써 가장 강한 합금을 만들 수 있다. 만일 시효처리 전에 소성변형 시키면 기지금속의 전위에서 입자가 발생할 때 미세한 분산상이 만들어진다. 가장 강한 합금은 변형된 기지의 무성한 전위 cell조직에서 입자가 형성된 합금인 것 같다. 미세하고 강한 분산된 입자를 가지고 있는 심하게 소성변형 시키면 매우 큰 강도를 가질 수 있다.제 2상입자가 전위의 이동을 방해함으로써 전위가 제 2상입자를 지나가는 방법에 두가지가 있다. 전위가 입자를 자르고 지나가든지 입자가 잘려지지 않아서 전위가 입자를 피해가는 것이다. 이것과 관련된 강화기구를 아래에 설명한다. 입자분산의 중요한 parameter는 입자의 간격 l이다. 입자간격은 여러 가지 parameter로 나타낼 수 있다. 선형평균자유행로 l에 대한 간단한 표현은l= { 4(1-f)r} over {3f }여기서 f는 반지름 r의 구형입자의 부피분율이다.입자가 작거나 연하면 전위가 입자를 자르고 지나가 입자가 변형된다. 이러한 형태가 강화에 기여할 수 있는 기구에 네가지가 있다.첫째, 입자와 기지사이가 서로 어긋나서 새기는 변형장이 강화원이 될 수 있다. 이 경우DELTA sigma APPROX 2G epsilon f여기서 f는 분산상의 부피분율이고 ε는 변형장의 측도이다. 정합변형으로부터 생기는 강화에 대한 보다더 정밀한 계산에 의하면DELTA sigma = {6G (rf)^1/2 } over { b} epsilon ^3/2둘째, 전위가 입자를 자르고 통과할 때 입자의 양쪽에 폭 b의 단계가 생긴다. 이로 인해 입자의 표면적이 증가하기 때문에 입자를 자르기 위하여 일을 하여야 한다. 이 경우 강화증분은 다음과 같다.DELTA sigma = { 2root6} over { pi } { fr s} over { r}그림 ) 입자를 자르고 지나가는 전위여기서 rs 는 입자와 기지 사이의 계면에너지이다.미세한 제 2상입자가 규칙구조를 가진 금속간 화합물인 경우가 많다. 이러한 경우 전단과정으로 입자 내에 새로운 계면이 생긴다. 이 때문에 다음과 같은 추가 강화가 생긴다.DELTA sigma = { 2frp} over {b}여기서 rp 는 입자구조를 불규칙하게 하는데 필요한 에너지이다. 이것이 경화에 미치는 기여도는 역입상경계에너지가 큰 니켈기초합금에서 상당히 크다.셋째, 기지와 입자의 탄성계수의 차이 경화가 생길 수 있다. 이 탄성계수의 차이 때문에 전위의 선장력이 영향을 받으며 입자를 자르고 지나가는 데 응력을 추가로 가하여야 한다. 이 경우DELTA sigma = { 0.8Gb} over { l } (1-{E1^2 } over { E2^2} )^1/2여기서 E1은 연한 상의 탄성계수이며 E2는 경도가 큰 상의 탄성계수이다.마지막으로 입자와 기지사이의 Peierls응력의 차이 때문에 강화가 일어난다. 이것은 입자의 강도σp와 기지의 강도σm의 차이에 정비례한다.DELTA sigma = {5.2f^1/3 r^1/2} over {G^1/2 b^2}(σp-σm)입자를 자름으로써 변형이 일어날 때는 거의 가공경화가 되지 않고 변형은 평면모양의 조슬립에 의하여 일어난다.이러한 강화기구를 종합하면 입자의 크기에 따라 강도가 증가한다. 입자의 크기가 충분히 성장하여 입자를 자르기가 매우 어렵게 되는 점에 이르게 된다. 그렇게 되면 전위가 입자 주위를 돌아가는 길을 찾게 된다. 과시효된 부정합석출물의 경우와 같은 기구를 Orowan이 제의 하였다. 제 2상을 가진 재료가 얻을 수 있는 최대항복강도는 척출물의 임계 평균 크기와 관련이 있다. 만일 석출물이 작고 기지와 정합이라면 석출물은 전위에 의해 잘려질 것이다. 석출입자의 크기가 증가하거나 결정구조가 변화하면 전위가 입자를 자를 때 해야할 일은 증가하게 된다. 그러면 결과적으로 예너지 관점에서 볼 때는 전위는 석출입자를 돌아서 지나가거나 교차슬립에 의하거나 또는 Orowan loop를 남기는 것이 유리할 것이다.항복응력은 거리 l 만큼 떨어진 2개의 입자 사이를 전위선을 구부리는 데 필요한 전단응력에 의해 결정된다. 그 다음 전위는 그 곡률반지름의 감소없이 전진할 수 있다.R=Gb/2τ0, l=2R, 그러므로 장애물 사이로 전위를그림 ) 기구에 의한 입자장애물 사이를 전위가 통과하는 과정 설명도밀어 통과시키는데 필요한 응력은τ0= {Gb } over {l }따라서 최대의 강화효과를 얻기 위해서는 제2상입자간 거리를 짧게 할 필요가 있다. 그러므로 같은부피분율의 제2상입자가 존재한다면 제2상의 평균입자지름이 적을수록, 구상보다는 판상이나 본상으로 존재할수록 평균입자간 거리가 짧아지기 때문에 강화효과가 크게 나타난다. 또한 제2상 입자가 전위에 의해 잘려지는 경우에는 입자의 크기가 클수록 강화효과가 커지게 된다.입자의 반대쪽에서 만나는 전위의 선분이 반대방향의 부호를 갖고 있기 때문에 서로 만나 없어져서 개개 입자주위에 전위 루프가 생긴다. 그리고 원래의 전위는 자유로이 이동한다. 전위가 슬립면에서 활주해 지나갈 때마다 입자 주위에 루프가 하나씩 추가된다. 이러한 루프는 전위원에 역응력을 주기 때문에 슬립이 추가로 일어나려면 이 역응력을 초과해야한다. 이 때문에 전단응력이 증가하고 분산부정합입자가 기지의 가공경화를 더 빠르게 한다. 단범위응력으로 인한 가공경화속도는 다음과 같다.{ dσ } over {dε } = { (7-5υ)} over {10(1-υ^2 ) } { fE} over { 1-f}전위의 선장력의 보다 정밀한 계산과 평균자유행로 대신 평면간격 lp를 사용하고, 입자 양쪽의 전위선분 사이의 상호작용에 대한 수정을 추가하여 Orowan식을 수정하여 다음관계식이 얻어졌다.DELTA sigma = {0.13Gb } over {l } ln { r} over {b }입자 사이로 전위가 불룩하게 튀어나와 입자 주위에 전위루프가 생기지만 입자위에 전위 cell조직이 생기기도 한다. 변형될 수 없는 입자와 기지 사이의 연속성을 유지하기 위한 필요성 때문에 전위가 발생하여 전위cell이 생긴다. 만일 이러한 cell 조직이 강하면 Orowan식 강화보다는 오히려 Hall-Petch식의 강화가 생길 수 있다. 즉,DELTA sigma =kl^-1/2제 2상입자로 인한 강화에 대한 대부분의 이론이 이상구형입자에 바탕을 둔 것이다. 그러나 입자모양이 중요할 수도 있는데 주로 l 의 값이 변하기 때문이다. 부피분율이 같을 때에는 봉이나 판모양의 입자가 구형입자의 약 2배의 강화효과를 나
1 . X-선 회절현상(X-Ray Diffraction, XRD)의 원리{그림 ) Laue의 반점X-선 회절(X-Ray Diffraction ,XRD)은 물질의 내부 미세구조를 밝히는데 매우 유용한 수단이다. X-선이 발견되기 전에 이미 빛의 회절(Diffraction)은 잘 알려져 있었으며, 만일 결정이 일정한 간격으로 규칙적인 배열을 한 원자로 되어 있고, 또 X-선이 결정내의 원자사이의 거리와 거의 비슷한 파장을 가진 전자파라면, X-선이 결정에 의해서 회절될 것이라고 추정하였고, 이것을 실험적으로 성공한 것은 1912년 독일의 von Laue 에 의해서였다. 다음 사진은 결정에 X-선을 조사 시켜서 회절 된 X-선에 의하여 film을 감광시킨 사진으로, 작고 검은 반점들이 X-선이 검출된 위치다. 이것은 X-선의 파동성과 결정 내 원자의 규칙적인 배열을 동시에 입증한 계기가 되기도 하였다.같은 해 영국의 W . H. Bragg는 이를 다른 각도로 해석하여 Laue가 사용했던 수식보다 더욱 간단한 수식으로 회절에 필요한 조건을 Bragg's law{(2 d Sin theta =n lambda )로 나타내었으며, 이 X-선 회절현상을 이용하여 각물질의 결정구조를 밝히는데 성공하였다. 두개 이상의 파동 사이에 서로 위상차이가 그 파동의 반파장 만큼 있을때는 서로 상쇄되어 파동이 사라지나, 위상차이가 파장의 정수배 만큼 있을때는 진폭이 두배로 되어서 세기가 더 크게된다.결정에 X-선을 조사하면 결정중의 각각의 원자에 의하여 산란된 X-선이 서로 더해지며, X-선이 단색일 경우 각각의 원자에 의해 산란된 X-선(Scattered X-Rays)이 서로 간섭하여 특정방향에 강한 회절 X-선(Diffracted X-Rays)이 생긴다. X-선이 a각도로 입사되어 b각도로 산란될때, 표면상에 x 만큼 떨어진 2점에서의 X-선의 경로차는 {x ( cos a - cos b )가 되며, 행로차가 파장의 정수배 {n lambda와 같은 경우 강해지며, 표면상에서의 산X-선이 이용한 X-선 회절 분석법은 초기에 비교적 단순한 형태의 결정 물질 속에 있는 원자들의 배열과 상호거리에 관한 지식과 금속, 중합물질 그리고 다른 고체들의 물리적 성질을 명확하게 이해하는데 많은 도움을 주었다. 또한, 임의 시료가 어떠한 성분으로 구성되어 있는지 몰라도, 이 시료에 X-선을 조사시켜서 나타나는 회절패턴(X-Ray Diffraction Pattern)을 이미 알고있는 시료에서 얻어진 회절패턴과 서로 비교하여 그 성분을 알아낼 수 있다.다수의 격자면으로부터의 산란 X-선의 간섭을 보면, 제1면과 제2면과의 X-선 간섭에는 제1면과 제2면의 간격에 의한 행로차 만이 문제된다. 제1면과 제3면 그 외에 다른 평행면의 간섭도 똑같이 면간격에 의한 행로차 만이 문제된다.제1면과 제2면의 행로차는{2d sin theta가 되며, 파장의 정수배의 경우 강하게 된다.{2d sin theta = n lambdad : 격자면 간격θ : Bragg angleλ : X-선의 파장n : 반사차수이 식을 Bragg의 공식(Bragg's formula)이라고 한다.2 . Laue method & Debye-Scherrer method■ Laue methodLaue사진은 가장 쉽게 얻을 수 있는 종류의 회절무늬이며 극히 간단한 장치만을 필요로 한다. 백색 X-선이 필요하며 가장 좋은 X-선원은 텅스텐과 같은 중금속의 타겟이다. 그것은 연속스펙트럼의 강도가 타겟금속의 원자번호에 비례하기 때문이다. 몰리브덴(Mo), 구리(Cu)와 같은 다른 금속에서의 X-선으로도 좋은 회절무늬를 얻을 수 있다. 보통 W Lα, Cu Kα, Mo Kα와 같은 강한 특성 X-선의 성분이 있어도 회절무늬가 복잡하게 된다던가 또는 해석이 곤란해지는 일은 없다. 그러한 성분은 결정면이 그와 같은 성분에 대하여 Bragg 법칙이 만족하도록 배열되고 있다면 그 경우에 한해서 반사되며 특히 강한 Laue반점(Laue spot)을 만들 뿐이다.Laue법에 사용되는 시료는 단결정이다. 이것은 고립된 단결정이건 무늬를 만들 수 있다. 또한 Laue반점의 위치는 면간거리가 달라져도 변하지 않는다. 변화를 일으키는 것은 회절빔의 파장뿐이다. 따라서 결정구조가 같으며 방위가 같고 다만 격자상수가 다른 두 결정은 같은 Laue무늬를 만든다.☞ 카메라 (회절빔을 기록하는 필름과 시료를 유지시키는 장치를 X-선 카메라라고 한다)1 투과카메라 (transmission camera)A는 콜리메이터(collimator)인데 될 수 있는대로 가늘고 평행한 입사빔을 만드는데 사용하는 장치이다. 이 콜리메이터관의 양 끝에 설치된 각각의 연판에는 일직선이 되도록 바늘구멍이 뚫려있다. C는 시료지지대 B에 놓여있는 단결정시료이다. F는 빛이 새지 않도록한 필름유지판 즉 카셋트(cassette)인데 프레임, 움직일 수 있는 금속뒷판 그리고 불투명한 지판으로 되어 있다. 보통 {4 TIMES 5 i nch (10 TIMES13 cm)인 필름이 금속판과 지판사이에 끼게 된다.{그림 4 ) 투과 Laue 카메라S는 투과빔이 필름에 직접 닿아서 불필요하게 필름이 감광되는 것을 방지하기 위한 빔스톱(beam stop) 이다. 이 목적을 위해서는 지판으로 된 필름커버위에 붙인 두께 약 0.5㎜인 작은 구리 원판으로 충분하다. 그것은 결정을 투과한 빔의 대부분을 흡수하고 극히 일부만을 통과시킨다.어떤 투과 Laue반점에 대응하는 Bragg각도 극히 간단한 다음 관계식으로 구할 수 있다.{tan2 theta = { x} over {D }여기서 x은 필름중심(투과빔의 입사점) 에서 반점까지의 거리이고, D는 시료에서 필름까지의 거리(보통 5㎝)이다. 시료와 필름간의 거리의 조정은 정확한 길이의 고정게이지를 이용하면 잘된다.{그림 5 ) 배면반사 Laue 카메라X-선관에 작용하는 전압은 투과 Laue 무늬의 모양에 결정적인 영향을 주고 있다. 관전류와 노출시간등의 다른 변수를 일정하게 하고 관전압을 높일수록 반점이 더욱 강하게 된다는 것은 물론이다. 그러나 연속스펙트럼이 관의 전압에 반비례하는 파장인 단파장측을영향을 미친다. 이러한 사실은 무늬의 중심에서 멀리 떨어진 곳에 있는 반점에도 적용되는 경우가 있다. 그 중 어떤 것은 단파장단에 가까운 파장의 X-선을 반사하도록 배향되어 있고 그것에 적당한 면간거리를 가진 면에 의한 것이어서 그러한 반점은 관전압이 낮아지면 아무리 노출을 오래하여도 나오지 않는다.2 배면반사카메라 (back-reflection camera)배면반사무늬의 어떠한 반점의 Bragg각은 다음 관계식으로 구할 수 있다.{tan(180-2 theta) = { x} over {D }여기서 x는 필름중심에서 반점사이의 거리이고 D는 시료에서 필름까지의 거리(보통 3㎝)이다. 투과무늬와는 대조되게 배면반사무늬에서는 콜리메이터의 크기가 허용하는 한 필름중심에 가까운 반점을 나타낼 수 있다. 그러한 반점은 입사빔에 거의 수직인 면에 의한 고차의 겹친 반사에 의한 것이다. 각 회절빔은 많은 파장으로 되어 있으므로 만일 관전압이 낮아진다면 회절빔에서 몇 개의 단파장성분이 제거되고 파장이 긴 성분은 그대로 남게 되어 보통 전압이 낮아져도 무늬의 어떠한 반점도 소실되지는 않는다.■ Debye-Scherrer methodX-선회절의 분말법은 모든 회절방법 중 가장 보편적이고 유용한 것이며 적절하게 이용하면 시험재료에 대한 수많은 구조에 관한 자료를 얻을 수 있다. 이 방법은 분말시료에 의한 단색 X-선의 회절을 기초로 하고 있다. 여기서 말하는 단색 이란 보통 타겟물질의 K여기전압이상의 전압으로 작동되는 X-선관에서 나오는 필터를 통한 강한 K특성 X-선성분을 뜻한다. 분말 이란 적당한 접착제로 결합시킨 실질적이고 물리적인 분말이던가 또는 다결정체시료를 뜻한다. 이 방법은 특히 금속학적 연구에는 뛰어나게 적합한 방법이다. 왜냐하면 금속학자에게는 단결정은 언제나 얻을 수 있는 것이 못되며 또한 선, 봉, 판같은 다결정체재료를 특별한 준비를 하지 않고도 비파괴적으로 검사할 수 있기 때문이다.{그림 6 ) 뚜껑을 떼어낸 Debye-Scherre 카메라Debye-Scherr 카메라내벽에 밀착시키는 장치, 회전이 가능한 시료지지대가 있다.카메라의 지름은 약 5∼20㎝이다. 지름이 클수록 해상력이 커진다. 즉 필름에서 특정한 2개의 회절선의 분리능력이 커진다. 분광학에서 해상력은 서로 대단히 인접하고 있는 X-선의 두 성분을 구별할 수 있는 능력을 뜻하며 λ/Δλ로 계산한다. Δλ는 두 개의 파의 파장의 차이고 λ는 평균치이다. 결정구조해석에서는 해상력을 면간거리라 대단히 가까운 두 개의 회절선을 분리할 수 있는 능력이라고 규정하고 d / Δd 값으로 한다. 따라서 만일 S를 필름위의 어떤 특정한 회절선의 튀치에서 투과빔이 필름에 닿는 점까지의 거리라고 하면 다음과 같이 된다.{S = 2 theta R{ΔS = 2 theta ΔR여기서 R은 카메라의 반지름이다. 면간거리가 대단히 가까운 2개의 면은 적은 Δ2θ만큼 떨어져 있는 두 회절선을 만든다. 어떤 Δ2θ값에 대하여 위의 식은 필름에서 선의 분리ΔS가 R과 함께 커진다는 것을 나타내고 있다. 해상력은 Bragg법칙을 미분하여 얻을 수 있다.{lambda =2 d Sin theta{{ d theta } over { dd} = { -1} over { d} tan theta그런데, {d theta = { dS} over { 2R}따라서, {{ dS} over { dd} = { -2R} over { d} tan thetaResolving power = {{d } over {Δd } = {-2R } over {ΔS }tan theta여기서 d는 두 면의 평균면간거리이고 Δd는 그 차이며 ΔS는 필름에 나타나는 두 면에 의한 회절선사이의 거리이다. 카메라의 크기가 커지면 해상력도 커진다. 그러나 그 반면 이 해상력을 얻으려면 노출시간을 길게 하여야 한다. 대단히 복잡한 무늬가 나타나는 경우를 제외하고는 보통 작은 카메라가 바람직하다. 지름 5.73㎝인 카메라가 흔히 사용되며 이것으로 대부분의 경우 충분하다. 이 특정한 지름은 1 radian을 도수로 나타낸 수의 1/10에 해당되므로 ㎝로 된다.
1. 실험의 목적충격시험은 재료의 연성(ductility) 또는 인성(toughness)의 판정을 위한 것으로서, 아주 짧은 시간에 큰 하중이 작용하는 하중을 충격하중이라 하며 재료에 충격저항이 작용할 때 에너지 법을 이용하여 충격저항을 측정하며, notch부의 형상에 따른 충격저항의 변화를 구하여 이에 대한 영향을 이해한다.2. 충격실험의 원리 (Charpy impact test)Charpy가 처음 시도한 충격굽힘시험법으로 시험편을 양단힌지로 고정한 다음 시험편의 notch부분이 정확하게 중앙에 오도록 수평으로 놓는다. 이때 시험편이 중앙점을 충격하중을 가하여 시험편이 파단되는데 소요된 흡수에너지E(kgf·m)로 충격치를 나타낸다.Charpy 충격 실험의 원리W : 해머의 무게 (kgf)α : 해머를 들어올렸을 때의 초기각도β : 시험편을 절단하고 상승했을 때의 각도R : 축 중심 O로부터 해머의 중심 G까지의 거리 (m)A : 노치부의 원래의 단면적h1 : 끌어올린 위치h2 : 해머가 시험편을 통과한 올라간 위치그림과 같이 핸들을 돌려서 해머가 α되는 각도의 위치에 고정시키고 펜듈럼 해머의 날이 시험편의 노치 부분에 오도록 시험편을 바른 위치에 놓은 다음, 해머를 낙하시켜서 시험편을 파괴시키고 해머가 각도 β만큼 올라가게 한다. 이때 파괴되는데 소모된 에너지E(kgf·m)는 다음과 같다. 단, 회전축의 공기저항에 의한 마찰은 무시한다.여기서,E=Wh_1 -Wh_2Wh_1 =WR(1-cosalpha)Wh_2 = WR(1-cosbeta)따라서, 소모된 에너지E는E=WR(cosbeta-cosalpha)이다.샤피 충격치 U는 시험편을 절단하는데 필요한 에너지 E(㎏·m)를 노치부의 원단면적(㎠)으로 나눈 값으로 표시된다. 노치부의 단면적으로 나눈 것은 단지 충격치에 대한 규약이며, 단위면적당 흡수에너지의 개념은 갖지 않는다.즉, 충격치 U는U = E over ATHEREFORE~~ U~=~ {W~l~(~cosbeta~-~cos alpha~)}overA㎏f·m/㎠ 이다.시험편은 중앙파단부에 V 또는 U형상의 노치를 만들어 응력집중 효과를 나타내게 된다.3. 실험방법무거운 해머가 낙하하면서 수행하는 실험이므로 실험상의 안전에 각별히 주의해야 하며 특히 해머가 회전할 때와 해머의 제동시에 주의 해야한다.ⓐ 시험편(연강)을 준비한다.ⓑ 샤피 충격시험기에 시편을 장착한다.ⓒ 시험기의 해머를 고정시킨다. 이때의 초기각도를 읽는다.ⓓ 해머를 낙하시킨다.ⓔ 시험편이 절단된 후 해머의 각도와 충격 에너지값을 읽는다.4. 실험을 통하여 알 수 있는 인자들파괴인성(fracture toughness) : 취성이 큰 물질에서 외력이 가해졌을 때 결함의 급작스런 전파에 의해 파절이 일어나는데 이에 저항하는 능력이다. 단위는 ㎫·m½천이온도(transition temperature)노치를 만든 시험편을 여러 온도에서 충격인장 혹은 충격휨 시험을 실시하면 파괴가 어떤 온도 범위에서 연성 양식에서 취성 양식으로 급변한다. 이때의 온도범위 또는 온도를 천이온도라고 한다. 여기에는 에너지적으로 충격차가 어떤값(인성 셸프, 또 흡수에너지 온도 고선의 최대 경사점 기타)을 기준으로 하는 에너지 천이온도나 조직적으로 파면에 대해서 결정상의 파면의 비율이 어떤 값(50%, 70%등)이 되는 곳을 기준으로 하는 파면천이 온도 등이 있다.인성(toughness) : 재료가 파괴될 때까지 일어난 탄성변형, 소성변형에 필요한 에너지의 합. stress-strain curve의 파괴점까지 하방의 면적으로 strength와 ductility에 의해 좌우된다. (strength와 ductility가 크면 인성도 크다.)연성(ductility) : 인장력하에서 파괴되지 않고 재료가 소성변형하는 정도취성(brittleness) : 재료의 파괴가 일어나기 전 소성변형에 대해 견디는 상대적인 능력취성이 클수록 소성변형이 일어나지 않는다. 즉, 비례한계 부분에서 파괴가 일어난다.취성에는 청열취성(blue brittleness), 적열취성(red brittleness), 템퍼취성(temper brittlrness)등이 있다. 청열취성은 yield drop이 일어나는 취성이다. C와 N과 같은 interstitial atom이 칼날 전위와 상호 작용하여 전위의 움직임을 어렵게 하다가 어느 순간 서로 떨어져서 전위는 보다 쉽게 움직이므로 응력이 갑자기 떨어진다. 250 ∼ 400℃에서의 가공에서는 청열취성이 일어난다.적열 취성은 고온으로 가열시 저융점 액상이 되어 결절립계로 편석되어 얇은 필름형태로 존재하여 온도가 내려가면 얇은 판상의 고체로 변한다. 이렇게 되었을 때는 충격을 받으면 입계를 따라 파괴되는 취성을 말한다.템퍼 취성은 온도구역 450 ∼ 600℃에서 장시간 테퍼링하거나 이 온도구역을 천천히 지나며 냉각될 때 embrittling 원소들(Sb, P, As)등이 결정립계로 편석되어 결정립계가 취약해져 일어나는 취성이다.강구조물의 부재에는 노치, 리벳구멍 및 용접결함 등의 응력집중원이 많다. 저온에서 냉각 또는 충격적으로 하중이 작용하는 경우 그 강재의 인장 강도 또는 항복강도 이내에서 파괴되는 현상을 말한다. 취성파괴는 파괴시에 거의 영구변형을 나타내지 않으며 초과하중을 받았을 때 예고 없이 갑자기 파괴되는 현상이다. 구조물이 취성파괴를 일으킬 경우 소성변형이 수반되지 않으므로 파괴시까지의 변형은 매우 작다. 취성파괴는 불안정 파괴이므로 진전이 빨라 매우 위험하다. 취성파괴에 저항하는 재료의 성질을 인성(Toughness)이라 하며 이러한 인성을 평가하기 위해 샤피(Charpy)충격시험 또는 아이조드(Lzoit)충격시험을 실시한다.5. 샤피충격시험에 영향을 주는 요소온도의 영향일반적으로 충격 시험은 동적 시험이므로 정적 하중에 대한 에너지와는 차이가 있다. 그리고 상온에서 연성 파괴가 되는 재료라 할지라도 어떤 온도 하에서는 아래 그림과 같이 급격히 취약되는 취성 파괴의 성질을 갖고 있다.온도가 낮아지면 재료의 연성, 인성은 감소하고, 탄성계수, 항복 및 인장응력은 증가한다. 다음그림은 강의 경우 온도에 따른 흡수에너지의 변화를 나타낸 것이다. 고온에서의 파괴는 연성이며 저온에서는 취성파괴를 일으킨다. 취성 파단면은 석탄의 벽개 (cleavage)면을 연상하게 하여 벽개파단(cleavage fracture)이라 부르기도 한다.특히 연성에서 취성으로의 전이가 어떤 온도범위 이상에서 일어나게 되면 이 온도를 연성-취성천이 온도라 한다.및 는 각각 연성파단면과 취성파단면을 나타낸 것이다.