양극 산화된 알루미나 (anodized aluminum oxide : AAO)는 균일하고 일정한 크기의 나노기공 패턴을 지니고 있다. AAO를 이온빔 나노 patterning을 위한 이온조사 시 마스크로서 이용하기 위해 AAO 나노 기공을 통과하는 이온빔의 투과율(AAO에 입사한 이온에 대한 투과이온의 양의 비)을 측정하였다. Al bulk foil을 양극 산화하여 두께가 $4{\mu}m$이고 종횡비(두께와 기공의 지름의 비)가 각각 200:1, 100:1 인 AAO를 Goniometer에 부착하여 500 keV의 $O^{2+}$ 이온빔에 대해 나노기공을 정렬시킨 후, 기울임 각에 따른 투과율을 측정한 결과, 종횡비가 200:1, 100:1 일 때 투과율은 각각 약 $10^{-8},\;10^{-4}$로 거의 이온빔이 투과하지 못하였다. 반면에 $SiO_2$ 위에 증착된 Al 박막으로 양극산화하여 종횡비가 5:1인 AAO의 이온빔 투과율은 0.67로 투과율이 현저히 향상되었다. 높은 종횡비를 갖는 AAO의 경우에는 범과 AAO 기공의 정렬이 쉽지 않은데다 알루미나의 비전도성으로 인한 charge-up 현상으로 인해 이온빔이 극히 투과하기 어렵기 때문이다. 실제로 80 keV의 Co 음이온을 종횡비 5:1인 AAO에 조사시킨 후에는 AAO 나노기공과 동일한 크기의 나노 구조체가 형성됨을 주사전자현미경(scanning electron microscopy: SEM) 관찰을 통하여 확인하였다.
양극 산화된 알루미나 (anodized aluminum oxide : AAO)는 균일하고 일정한 크기의 나노기공 패턴을 지니고 있다. AAO를 이온빔 나노 patterning을 위한 이온조사 시 마스크로서 이용하기 위해 AAO 나노 기공을 통과하는 이온빔의 투과율(AAO에 입사한 이온에 대한 투과이온의 양의 비)을 측정하였다. Al bulk foil을 양극 산화하여 두께가 $4{\mu}m$이고 종횡비(두께와 기공의 지름의 비)가 각각 200:1, 100:1 인 AAO를 Goniometer에 부착하여 500 keV의 $O^{2+}$ 이온빔에 대해 나노기공을 정렬시킨 후, 기울임 각에 따른 투과율을 측정한 결과, 종횡비가 200:1, 100:1 일 때 투과율은 각각 약 $10^{-8},\;10^{-4}$로 거의 이온빔이 투과하지 못하였다. 반면에 $SiO_2$ 위에 증착된 Al 박막으로 양극산화하여 종횡비가 5:1인 AAO의 이온빔 투과율은 0.67로 투과율이 현저히 향상되었다. 높은 종횡비를 갖는 AAO의 경우에는 범과 AAO 기공의 정렬이 쉽지 않은데다 알루미나의 비전도성으로 인한 charge-up 현상으로 인해 이온빔이 극히 투과하기 어렵기 때문이다. 실제로 80 keV의 Co 음이온을 종횡비 5:1인 AAO에 조사시킨 후에는 AAO 나노기공과 동일한 크기의 나노 구조체가 형성됨을 주사전자현미경(scanning electron microscopy: SEM) 관찰을 통하여 확인하였다.
Anodic alumina with self-organized and ordered nano hole arrays can be a good candidate of an irradiation mask to modify the properties of nano-scale region. In order to try using porous anodic alumina as a mask for ion-beam patterning, ion beam transmittance of anodic alumina was tested. 4 Um thick...
Anodic alumina with self-organized and ordered nano hole arrays can be a good candidate of an irradiation mask to modify the properties of nano-scale region. In order to try using porous anodic alumina as a mask for ion-beam patterning, ion beam transmittance of anodic alumina was tested. 4 Um thick self-standing AAO templates anodized from Al bulk foil with two different aspect ratio, 200:1 and 100:1, were aligned about incident ion beam with finely controllable goniometer. At the best alignment, the transmittance of the AAO with aspect ratio of 200:1 and 100:1 were $10^{-8}\;and\;10^{-4}$, respectively. However transmittance of the thin film AAO with low aspect ratio, 5:1, were remarkably improved to 0.67. The ion beam transmittance of self-standing porous alumina with a thickness larger than $4{\mu}m$ is extremely low owing to high aspect ratio of nano hole and charging effect, even at a precise beam alignment to the direction of nano hole. $SiO_2$ nano dot array was formed by ion irradiation into thin film AAO on $SiO_2$ film. This was confirmed by scanning electron microscopy that the $SiO_2$ nano dot array is similar to AAO hole array.
Anodic alumina with self-organized and ordered nano hole arrays can be a good candidate of an irradiation mask to modify the properties of nano-scale region. In order to try using porous anodic alumina as a mask for ion-beam patterning, ion beam transmittance of anodic alumina was tested. 4 Um thick self-standing AAO templates anodized from Al bulk foil with two different aspect ratio, 200:1 and 100:1, were aligned about incident ion beam with finely controllable goniometer. At the best alignment, the transmittance of the AAO with aspect ratio of 200:1 and 100:1 were $10^{-8}\;and\;10^{-4}$, respectively. However transmittance of the thin film AAO with low aspect ratio, 5:1, were remarkably improved to 0.67. The ion beam transmittance of self-standing porous alumina with a thickness larger than $4{\mu}m$ is extremely low owing to high aspect ratio of nano hole and charging effect, even at a precise beam alignment to the direction of nano hole. $SiO_2$ nano dot array was formed by ion irradiation into thin film AAO on $SiO_2$ film. This was confirmed by scanning electron microscopy that the $SiO_2$ nano dot array is similar to AAO hole array.
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제안 방법
본 연구에서는 두께가 얇고 종횡비가 낮은 박막 형태의 AAO> 사용하여 이온빔의 정렬과 전하 배출을 용이하게 함으로써 이온의 투과율 (AAO에입사한 이온에 대한 투과 이온의 양의 비)이 개선됨을 확인하였다. 100:1 이상의 종횡비를 갖는 A1 호일의 AAO와 박막 형태로 A1을 양극산화 하여 5:1 의 종횡비를 갖는 AAO의 이온빔 투과 특성을 연구하였고 실제로 SiO2 박막을 이온빔 나노 패터닝 하였다.
AAO의 이온빔 투과율을 측정하기 위하여, 호일 A1 을 양극산화 하여 나노 기공의 종횡비가 100:1 이상인 self-standing AAO 템플레이트(호일 AAO) 와 SiO2 기판 위에 증착한 A1 박막을 양극산화 하여 종횡비가 5인 AAO(박막 AAO), 두 가지 종류의 AAO에 대하여 투과율을 측정하였다.
AI 호일로 제작된 self-standing AAO 템플레이트와 달리 그림 1과 같은 방법으로 투과율을 측정할 수 없기 때문에 이온 조사 후 선택적 에칭을 통하여 나노 패터닝을 함으로써 이온의 투과 여부를 직접적으로 확인하였다. 80 keV Co 음이온을 200 nA/cirf의 이온 선속으로 4.
이 용액에서 Co 이온이 주입된 Si6의 에칭률(etching rate)은 SiO2 보다 현저히 낮다. SEM 측정을 통하여 SiO2 나노 구조체 형성을 확인하였고 RBS 측정을 통하여 SiO2 에 Co이온의 주입량을 확인하였다. 동일 선량으로 이온 주입한 SiO2 시편과 함께 800 ℃에서 1분간 열처리 한 후 magneto—optic Kerr effect (MOKE) 을 측정하여 자성 특성을 알아보았다.
그 과정에서 이온빔에 대해서 AAO의 기울임 각도에 대한 투과율을 조사하였다. 가장 투과가 잘 되도록 정렬된 상태에서 이온의 투과 스펙트럼을 측정하였다.
500 keV O+ 를 10 nA/cn? 의 이온 선속으로 입사시키고 를goniometer 를 이용하여 AAO 의 나노기공을 이온빔이 투과가 가장 잘 되는 방향으로 정렬시킨다. 그 과정에서 이온빔에 대해서 AAO의 기울임 각도에 대한 투과율을 조사하였다. 가장 투과가 잘 되도록 정렬된 상태에서 이온의 투과 스펙트럼을 측정하였다.
나노 기공의 종횡비가 낮은 박막 AAO에서의 이온빔 투과율을 실험하기 위해서 SiO2 위에 A1 을 전자빔 증발법 (e-beam evaporation)을 이용하여 증착된 A1 박막을 양극 산화하여 두께 400 rnn, 나노 기공의 지름이 80 nm 인, 종횡비가 5:1인 AAO를제작하였다. AI 호일로 제작된 self-standing AAO 템플레이트와 달리 그림 1과 같은 방법으로 투과율을 측정할 수 없기 때문에 이온 조사 후 선택적 에칭을 통하여 나노 패터닝을 함으로써 이온의 투과 여부를 직접적으로 확인하였다.
SEM 측정을 통하여 SiO2 나노 구조체 형성을 확인하였고 RBS 측정을 통하여 SiO2 에 Co이온의 주입량을 확인하였다. 동일 선량으로 이온 주입한 SiO2 시편과 함께 800 ℃에서 1분간 열처리 한 후 magneto—optic Kerr effect (MOKE) 을 측정하여 자성 특성을 알아보았다.
한다. 본 연구에서는 두께가 4 pm 이고 종횡비가 100:1 이상인 Al foil을 양극 산화한 self-standing AA0 템플레이트와 두께가 400 nm이고 종횡비가 5:1 인 AA0 박막에서의 이온빔의 투과율을 비교 실험하였다. 나노기공의 종횡비가 100:1인 AA0에서는 투과율이 최고 였으나 종횡비가 5:1인 AA0에서의 이온빔의 투과율은 0.
이온의 투과율을 알아보기 위해 그림 1과 같이 장치를 설치하였다. 이온빔을 AAO의 나노 기공과 정렬시키기 위하여 3방향으로 0.01°의 간격으로 회전할 수 있는 goniometer 에 AAO template를 부착하고 AAO 뒤에는 Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) 분석에 사용되는 입자 검출기를 위치시킨다. 500 keV O+ 를 10 nA/cn? 의 이온 선속으로 입사시키고 를goniometer 를 이용하여 AAO 의 나노기공을 이온빔이 투과가 가장 잘 되는 방향으로 정렬시킨다.
호일 AAO는 두께 25 pm의 A1 호일을 두 단계 양극산화 과정을 통하여 두께가 4 pm이고 나노 기공의 지름이 20 nm, 40 nm 인 (종횡비가 각각 200:1, 100:1) self-standing AAO 템플레이트로제작하였다. AA。의 두께와 나노 기공의 지름은 SEM을 통하여 확인하였다.
대상 데이터
그림 5. AAO를 이온빔 patterning 마스크로 사용하여 Co 이온을 조사한 SiO2 박막의 RBS 데이터.
그림 2. Al foil을 양극 산화하여 제조한 두께 4 pm, 나노기공의 지름이 40 nm인 AAO 템플레이트의 표면 SEM 사진.
성능/효과
67이다. 그림 4(a)의 AAO의 표면 사진에서 나노 기공의 면적 비율은 약 67 %로 이로부터 나노 기공을 향해 입사된 대부분의 이온이 투과되었음을 알 수 있다.
이것은 낮은 종횡비 때문에 나노 기공과 이온빔의 정렬이 용이했을 뿐만 아니라 얇은 두께로 인해 전하의 배출이 용이해서 charging이 크지 않았기 때문이다. 또한 AA0 를 통한 이온빔 패터닝을 통하여 SiO2 나노 구조체를 형성함으로써 AAO* 이온빔 나노 패터닝을 위한 나노 마스크로써 이용 가능성을 확인하였다.
[11] 이것은 이온빔의 궤적에 영향을 주어 나노 기공으로의 투과를 어렵게 한다. 본 연구에서는 두께가 얇고 종횡비가 낮은 박막 형태의 AAO> 사용하여 이온빔의 정렬과 전하 배출을 용이하게 함으로써 이온의 투과율 (AAO에입사한 이온에 대한 투과 이온의 양의 비)이 개선됨을 확인하였다. 100:1 이상의 종횡비를 갖는 A1 호일의 AAO와 박막 형태로 A1을 양극산화 하여 5:1 의 종횡비를 갖는 AAO의 이온빔 투과 특성을 연구하였고 실제로 SiO2 박막을 이온빔 나노 패터닝 하였다.
참고문헌 (13)
M. Albrecht, C. T. Rettner, M. E. Best, and B. D. Terris, Appl. Phys. Lett. 83, 4363 (2003)
C. Chappert, H. Bernas, J. Fer, V. Koottler, J.-P. Jamet, Y. Chen, E. Cambril, T. Devolder, F. Rousseaux, V. Mathet, and H. Launois, Science 280, 1919 (1998)
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