Channeling 분석법을 이용한 결정구조 및 결함 분석

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1 Channeling 분석법을 이용한 결정구조 및 결함 분석
이진호, 홍완, 김영석, 김준곤, 김기동, 최한우, 우형주 (한국자원연구소 환경소재 분석팀) Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

2 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)
Introduction Channeling 현상 고에너지를 지니고 결정에 입사된 이온이 결정축 방향을 따라 운동 할 때, 결정의 격자에 의한 주기적인 포텐셜의 영향을 받아 이온의 궤도 가 바뀌는 현상 Channeling 분석법 채널링 효과를 관찰함으로써 결정시료의 구조 특성을 분석하는 이온빔 분석법 채널링 분석을 위한 자동 데이터 측정 프로그램이 개발 되었고, 결정시료들에 대해 채널링 실험을 수행하여 각 결정들의 구조 특성을 분석함 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

3 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)
Introduction Channeling 현상 고에너지를 지니고 결정에 입사된 이온이 결정축 방향을 따라 운동 할 때, 결정의 격자에 의한 주기적인 포텐셜의 영향을 받아 이온의 궤도 가 바뀌는 현상 Channeling 분석법 채널링 효과를 관찰함으로써 결정시료의 구조 특성을 분석하는 이온빔 분석법 채널링 분석을 위한 자동 데이터 측정 프로그램이 개발 되었고, 결정시료들에 대해 채널링 실험을 수행하여 각 결정들의 구조 특성을 분석함 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

4 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)
Channeling 분석의 특성 Impact parameter ∼ 10-4Å 결정내 원자 배열 및 결함의 정성, 정량 분석 (결정구조 분석) 결정내 결함의 깊이방향 분석 RBS 에 의한 경원소 분석 시, 백그라운드 억제 효과 입자가속기가 필요 시료 입사면의 이온빔 진행방향에 대한 각도 미세 조정 필요 (정밀도 0.1 도 이하) Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

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정전형가속기 TV : 1.7 MV tandem 표적함에서 수 mA 까지 인출가능 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

6 Channeling experimental setup
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제어 및 계측 프로그램 진공 챔버내 스테핑 모터 정밀제어 및 구동 프로그램 Polar 스캔 데이터 수집 프로그램 축 채널(axial channel) 방향 결정을 위한 데이터 mapping 프로그램 Visual C++ 프로그램 모터, 전류적산계, 카운터등이 연계하여 자동으로 연속적인 계측이 이루어짐 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

8 Motor Control Programme
고니오메터는 RS-232C포트로 컴퓨터와 연결 0.001도 오차범위이내에서의 stepping 모터 제어 절대 및 상대위치로 모터 구동 고니오메터 backlash 보정 구동속도 및 가속도 선택 가능 Power off 후 기하학적인 영점 확인 모터 Limit 위치 고려 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

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데이터 수집 프로그램 Stepping 모터 및 dual 카운터 제어 카운터는 GPIB 포트를 통해 컴퓨터로 제어됨 2차원 polar 스캔 데이터 및 3차원 mapping 데이터 측정 카운터는 Preset 및 timer 설정 모드로 전환가능 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

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Experimental (CaF2) Fig. Polar diagram of a {110} CaF2 wafer Fig. Mapping of the channeling yields of CaF2 around the {110} axis. Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

11 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)
Experimental (Si) Fig. Mapping of the channeling yields for Silicon around the {100} axis Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

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Experimental (LiNbO3) Random and channeling spectra of LiNbO3 Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)

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Conclusion 기존의 채널링 모사프로그램의 셋업과 함께 계측프로그램의 자동화가 이루어짐으로써 결정의 구조 및 결함을 정량적으로 평가할 수 있는 분석시스템이 완성되었다. 이전의 실험과 비교하여 높은 정밀도를 유지하였으며 실험시의 오차와 측정시간을 최소화 하였다. 실험에 수행되었던 완전결정(perfect crystal)의 결함농도는 다른 측정시료들의 결함값의 절대치를 확인하는데 표준치로 이용될 수 있다. Korea Institute of Geology, Mining & Materials (KIGAM)