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Tripod Polishing을 이용한 불균질 재료의 TEM 시편준비 방법과 미세조직 관찰
TEM Sample Preparation of Heterogeneous Materials by Tripod Polishing and Their Microstructures 원문보기

한국전자현미경학회지 = Korean journal of electron microscopy, v.34 no.2, 2004년, pp.95 - 102  

김연욱 (계명대학교 공과대학 신소재공학과) ,  조명주 (LG전자기술원 물성연구그룹)

초록
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본 실험에서는 tripod polishing 방법을 이용하여 Pd/GaN/Sapphire 박막, PZT/MgO/Si 박막, 304 stainless steel 분말, $Mo_5Si_3/Mo_2B$ diffusion couple의 매우 다양한 물성이 포함된 불균질 재료의 TEM 시편을 제작하고 분석하였다. Tripod polishing을 사용하여 시편을 준비하면 시편의 종류에 관계없이 시편의 선단부에 매우 광범위한 전자빔 투과 영역을 지닌 TEM 시편을 얻을 수 있었으며, Pd/GaN/Sapphire 박막, PZT/MgO/Si 박막과 같이 기판이 경한 반도체 재료의 경우에는 연마 정도가 균일하며 연마과정 동안 오염이 심하지 않기 때문에 ion milling으로 cleaning 없이 TEM 관찰이 가능하다. 한편 304 stainless steel 분말과 같은 금속재료의 경우 짧은 시간의 ion milling 은 시편의 오염 제거에 도움된다. $Mo_5Si_3/Mo_2B$ diffusion couple에 형성된 실리사이드는 큰 취성 때문에 polishing 동안 시편이 깨지는 현상으로 전자가 투과할 수 있을 정도의 연마가 불가능하여 1시간 정도 ion milling 연마가 필요하다. Tripod polishing으로 TEM 시편을 준비하면 분석하고자 하는 지역을 정확하고도 넓게 연마할 수 있다. 또한 비교적 짧은 시간 내에 ion milling 없이 TEM 시편을 제작할 수 있기 때문에 ion milling에서 유발되는 여러 가지 문제점들을 해결할 수 있는 장점이 있었다. 그러나 tripod polishing은 전부 수작업으로 시편을 준비하기 때문에 시편을 제작하는 과정 동안 매우 세심한 주의가 요구되며 제작자의 숙련도와 경험을 필요로 하는 단점이 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The TEM samples prepared by ion milling have the advantage that thin area can be obtained from almost any materials. However, it has the disadvantage that the amount of thin area can often be quite limited. For the cross-sectioned samples and grossly heterogeneous materials, the thickness of less th...

주제어

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제안 방법

  • (a)는 small jig를 이용하여 전기도금한 시편의한 면을 연마한 SEM 사진으로서 분말의 분포를 보여준다 이 시편을 박막 시편과 같은 방버으로 tripod polishing하고 JEOL 2010 투과전자현미 경을 사용하여 관찰하였다 Fig. 5
  • Tripod polishing jig 를 이용한 연마는 관찰이 필요한 부위에 경사룰 주어서 wedge(쐐기) 형상으로 만들어 끝을 얇게 만들어 주는 것이다. Tripod jig를 이용하여 TEM 시편으로 연마하기 전에 jig에 부착되는 면이 우선적으로 평탄한 경면으로 이루어져야만 우수한 wedge 형태의 TEM 시편이 완성된다, 따라서 본 연구에서는 tripod jig에 부착되는 한쪽 면을 연마하기 위하여 small jig를사용하였다
  • (1990) 등은 tripod라는 polishing jig를 사용하여 TEM 시편 올 기계적으로 연마하는 IBM East Fishkill 방법을 개발하였다. 본 논문에서는 서로 다른 물성을 지닌 다양한 물질로 구성된 복합체의 불균질 재료들의 TEM 시편을 tripod polishing 방법으로 제작하였으며 TEM에서 관찰하였다.
  • Glass slide를 부착하는 이유는 박막의 단면을 관찰하기 위한 시편으로는 Pd/GaN/Sapphire의 두께가 너무 얇기 때문이다 또한 glass slide를 시편의 박막 상부에 부착하면 중착된 박막을 보호하며, 광학현미경에서 빛이 투과하기 때문에 tripod polishing 하면서 시편의 두께를 측정할 수 있다(Benedict etal, 1989). 시편은 기판에 쌓여있는 여러 층의 박막 단면을 볼 수 있도록 diamond saw를 사용하여 기판에 수지인 방향으로 절단하였다 이때 시편의 크기는 연마가 완료된 후 TEM grid 부착될 수 있도록 폭이 3 ㎜를 넘지 않도록 하였다.
  • 준비된 시편은 crystal wax를 사용하여 small jig의 holder에 부착하고 grit size 400의 SiC paper를 사용하여 시편의 두께가 약 1 min가 되도록 연마하였다 Grit size 600, 800, 1000의 SiC paper를 차례로 사용하여 앞단계에서 만들어진 스크래치를 순차적으로 제거하면서 시편의 두께를 약 500 ㎛ 정도까지 줄여주었다 더옥미세한 연마를 위하여 diamond lapping film을 사용하며, 30 ㎛, 15 ㎛, 6 ㎛, 3 ㎛, 1 ㎛, 0.5 ㎛ film 순서로 시편의 두께가 약 200 ㎛ 정도까지 연마한다. 마지막 최종 마무리는 알루미나 콜로이드 용액인 syton (사이몬)으로 연마천에서 연마하여 시편의 한쪽 면을경면으로 만들었다 Small jig에서 시편을 떼 어 내기 위하여 아세 돈에 crystal wax를 용해 하였다.
  • Inert gas atomization으로 제조된 분말의 급속옹고 미세조지을 분석하기 위하여 tripod polishing으로 TEM 시편 올 제조하였다(Kim, 2001). 지경 20~ 100 ㎛ 이하의 분말을 테이프 위에 한 개의 층으로 분포시킨 후 Ni 전기도금하고 테이프를 제거한 후 반대면 역시 전기도금하여 분말이 샌드위치된 판재를 만들었다.Fig.

대상 데이터

  • 고순도 알곤 분위기의 arc melt에서 Mo와 B 및 M°와 #을 용해하여 와 #의 모합금을 제조하였다 모합금은 약 2~3 ㎜ 정도의 두께로 얇게 절단하고, 표연을 1 ㎛ 알루미나 연마재로 polishing하의 couphng하여 160SC에서 400시간 두안 어닐링하였다. ##사이에 두 개의 확산층 T2와 #이 형성되어 M#의 확산경로 나타내는데, 특히 T2상은 #코팅층으로 형성되면 고온 내산화 흑성이 우수하다.
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참고문헌 (7)

  1. Benedict JP, Klepeis SJ, Vandygrift WG, Anderson R: A Method for Precision Specimen Preparation for Both SEM and TEM Analysis. EMSA bulletin 19.2 : 74 79, 1989 

  2. Bravman JC, Schinclair R: Mechanical Polishing to Submicron Thickness for Extensive Thin Area in Heterogeneous Samples. J Electron Microscopy Technology 1 : 53 57, 1984 

  3. Dawson Elli DD, Turowski MA, Kelly TF, Kim YW, Zreiba NA, Mei Z: Specimen Preparation for Transmission Electron Microscopy of Materials II. Mat Res Soc Symposium Proceedings 199 : 75 84,1990 

  4. Kim CC, Je JH, Kim DW, Baik HG, Lee SM: Annealing behavior of Pd/GaN (0001) microstructure Materials science and engineering B82 : 105 107, 2001 

  5. Kim ST, SaKidja R, Dong JF, Perepezko JH, Kim YW: Growth of the $Mo_5SiB_2$ Phase in a $Mo_5Si_3/Mo_2B$ Diffusion Couple. Materials Research Society Symposia Proceedings 646 : M5.42.1 m5.42.6, 2000 

  6. Kim YY: Microstructural Characteristics of Rapidly Solidified 304 Stainless Steel Powders Produced by Gas Atomization. J of Korean Foundarymen's Society 21 3 : 43 47, 2001 

  7. Klepeis SJ: Specimen Preparation for Transmission Electron Microscopy. Mat Res Soc Symposium Proceeding 115 : 179 185, 1989 

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