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문제 정의
- 본 논문에서는 전자광학계를 이루는 전자빔원과 렌즈 sys- tem에 관하여 분석하였다. 전자빔원에서 만들어지는 전자빔의 전류량을 각 가속고압(5~25kV)에서 방출빔의 포화가 일어나는 필라멘트 가열 전류치를 측정하였고, 바이어스 전압의 변화에 따른 방출빔의 양을 측정하였다.
- 알 수 없다. 이미지를 관찰하기 전 전자를 만들어주는 전자총에서 어느 정도의 빔을 만들 것인지, 어느 정도의 축소율로 시편에 도달하게 하는지 실험적으로 측정을 하였다. 렌즈 앞 단 부위에서 전자빔량을 측정하기 위해 제어인자 중 필라멘트 인가 전류와 바이어스를 변화시키면서 전자빔 에미션 실험을 수행하였다.
제안 방법
- 논문에서의 결과는 주사 전자현미경을 이루는 기본특성에 관한 것으로 각 설정고압에 맞게 렌즈부위에 인가되는 전류치와 설정고압에 따른 전자빔원에서의 전류량을 예측하여 전자현미경의 전자광학계 설계 및 제작에 활용한다.
- 전자빔원에서 만들어지는 전자빔의 전류량을 각 가속고압(5~25kV)에서 방출빔의 포화가 일어나는 필라멘트 가열 전류치를 측정하였고, 바이어스 전압의 변화에 따른 방출빔의 양을 측정하였다. 렌즈 system에서는 전자빔원에서 만들어진 전자들을 집속시키는 전자기장의 분포를 예측하기 위해 폴피스 주위에서의 자속밀도를 측정하여 실제 렌즈계에서는 측정하기 어려운 자기장의 분포의 해석 결과값과 비교하여 해석값의 신뢰성을 검증하였다.
- 이미지를 관찰하기 전 전자를 만들어주는 전자총에서 어느 정도의 빔을 만들 것인지, 어느 정도의 축소율로 시편에 도달하게 하는지 실험적으로 측정을 하였다. 렌즈 앞 단 부위에서 전자빔량을 측정하기 위해 제어인자 중 필라멘트 인가 전류와 바이어스를 변화시키면서 전자빔 에미션 실험을 수행하였다. 측정결과 2.
- 렌즈 영역에서 축소율 및 초점거리 등의 계산을 위해 렌즈극편(pole piece) 주위에서의 자속밀도 값을 해석을 통해 구하였고, 해석적인 방법에서 구한 값은 실제 실험에서 구한값과 비교한 결과 신뢰성 있는 값으로 확인하여 광학계의 변수들을 제어할 수 있게 되었다.
- 렌즈에서의 자기장분포를 이와 같은 방법으로 해석을 수행하고, 각 인가전류에 대한 분포 자기장과 전자빔의 궤적을 수치적인 방법으로 풀어 각 렌즈에서의 초점거리 및 수차 등을 계산하여 최종 이미지를 얻기 위한 렌즈의 인가전류를 유추한다.
- 경통(column) 내에 있는 슬리브(sleeve)는 빔이통과하는 wave guide 역할을 하며, 재질은 인청동으로 되어전기장을 만들지 않고, 렌즈의 극편(pole piece)에서 생긴 자기장에 영향을 주지 않으며, 전자빔의 크기를 줄이는 조리개 (aperture)들이 고정되는 역할을 한다. 방출 전자빔의 측정은 슬리브를 지나 직경 5[mm] 의 hole 속을 통과하여 faraday cup에서 전자빔량을 외부의 electrometer (keithley6517)와 결선하여 측정하였다. 전자총의 축과 애노드 경축의 조정을 위해 일정량의 전자가 방출 되는 조건에서 기계적으로 X, y 방향으로 이동하면서 빔 전류가 가장 많이 측정되는 곳에 위치시켜 측정을 하였다.
- 열전자 방출 실험은 실제 Column에 결합된 상태에서는할 수 없기 때문에 별도의 진공 챔버에서 실시하였다. 전자현미경에서 빔을 발생하기 위해 진공도 10'5[torr] 이상에서실험을 수행하였다.
- 중요하다. 이를 계산하기 위해 실제 각 렌즈 극편(pole piece) 주위에서의 인가 전류에 대한 자속밀도의 분포를 OPERA 3D를 이용하여 1 번째 condenser lens에서의 자속 밀도의 분포를 Fig. 5에서 구하였다. 결과 인가전류의 증가에 따라 축방향의 자속밀도가 상승하였으며, 이는 초점거리가 짧아질 것으로 예상되고 각 고압에 따라 전자의 운동속도들이 변하기 때문에 인가 전류 또한 변하게 될 것이다.
- 중요하다. 이를 계산하기 위해 실제 각 렌즈 극편(pole piece) 주위에서의 인가 전류에 대한 자속밀도의 분포를 OPERA 3D를 이용하여 1 번째 condenser lens에서의 자속 밀도의 분포를 Fig. 5에서 구하였다. 결과 인가전류의 증가에 따라 축방향의 자속밀도가 상승하였으며, 이는 초점거리가 짧아질 것으로 예상되고 각 고압에 따라 전자의 운동속도들이 변하기 때문에 인가 전류 또한 변하게 될 것이다.
- 자기 렌즈의 특성을 유한요소해석을 통해 예측하고, 실험을 통해 해석 결과를 검증하였다. 렌즈는 전자빔의 집속도를높이 기 위해 순철로 제작된 극편(Pole piece) 주변에 구리선코일이 감겨지는 구조로 되어 있다.
- 자기장의 측정이 용이하도록 실험용 렌즈를 설겨]/제작하였다. Fig.
- 관하여 분석하였다. 전자빔원에서 만들어지는 전자빔의 전류량을 각 가속고압(5~25kV)에서 방출빔의 포화가 일어나는 필라멘트 가열 전류치를 측정하였고, 바이어스 전압의 변화에 따른 방출빔의 양을 측정하였다. 렌즈 system에서는 전자빔원에서 만들어진 전자들을 집속시키는 전자기장의 분포를 예측하기 위해 폴피스 주위에서의 자속밀도를 측정하여 실제 렌즈계에서는 측정하기 어려운 자기장의 분포의 해석 결과값과 비교하여 해석값의 신뢰성을 검증하였다.
- 방출 전자빔의 측정은 슬리브를 지나 직경 5[mm] 의 hole 속을 통과하여 faraday cup에서 전자빔량을 외부의 electrometer (keithley6517)와 결선하여 측정하였다. 전자총의 축과 애노드 경축의 조정을 위해 일정량의 전자가 방출 되는 조건에서 기계적으로 X, y 방향으로 이동하면서 빔 전류가 가장 많이 측정되는 곳에 위치시켜 측정을 하였다.
데이터처리
- 이 러한 현상을 정량적으로 관찰하기 위해 렌즈의 중심축 거리에 따른 자속밀도의 변화(Bz)를 측정하여 해석 결과와 비교하였다. 여기서 해석의 정확성을 높이기 위해 렌즈로 사용된 순철의 B-H 곡선 데이터 중, 투자율값을 4, 000[H/m]으로 선형 구간에서의 값으로 해석을 수행하였다.
- 코일에서 발생된 자기장이 상대적으로 투자율이 높은 순철부위를 투과하지 못함으로 인해 극편(Pole Piece) 주변에서 집중됨을 알 수 있다. 이 러한 현상을 정량적으로 관찰하기 위해 렌즈의 중심축 거리에 따른 자속밀도의 변화(Bz)를 측정하여 해석 결과와 비교하였다. 여기서 해석의 정확성을 높이기 위해 렌즈로 사용된 순철의 B-H 곡선 데이터 중, 투자율값을 4, 000[H/m]으로 선형 구간에서의 값으로 해석을 수행하였다.
- 3에 실험용 렌즈의 주요 형상을 도시하였으며, 렌즈의 형상이 축대칭인 점을 감안하여 3차원 축대칭 형태로 해석 영역을 정의하였다. 해석은 OPERA 3D의 전자기장 해석 기능을 사용하여 수행하였다. 코일에서 발생된 자기장이 상대적으로 투자율이 높은 순철부위를 투과하지 못함으로 인해 극편(Pole Piece) 주변에서 집중됨을 알 수 있다.
이론/모형
- 높은 안정도와 큰 빔 전류를 얻기 위해 전자총의 고전압발생장치는 hal-fixed 방식의 바이어스 방식을 채택하였다°;
성능/효과
- 3은 렌즈의 중심축 거리, 반경방향의 거리 및 인가전류에 따른 자속밀도의 변화를 그래프로 비교하였으며, 여기서 실험 및 해석결과에 해당한다. Fig. 4에서 확인할 수있듯이 해석으로부터 얻어진 자속밀도의 변화 경향은 물론그 절대값에서도 실험결과와 잘 일치하여 해석의 신뢰성이입증되었다.
- 2 (a)에 도시하였다. 결과 2.3[A] 근처에서 방출되는 전자들이 더 이상 증가하지 않는 포화점에 도달하였다.
- 5에서 구하였다. 결과 인가전류의 증가에 따라 축방향의 자속밀도가 상승하였으며, 이는 초점거리가 짧아질 것으로 예상되고 각 고압에 따라 전자의 운동속도들이 변하기 때문에 인가 전류 또한 변하게 될 것이다.
- 3[A] 부근에서포화된 전자빔을 얻을 수 있었으며, 포화된 지점에서의 전류값에 대해서 바이어스 전압을 조정했을 경우 선형적으로 전자빔량이 증가하였다. 그리고, 전체 전자빔량은 가속적압이낮을 수록 상대적인 전자의 속도가 느려서 측정량은 증가하였다.
- 렌즈 앞 단 부위에서 전자빔량을 측정하기 위해 제어인자 중 필라멘트 인가 전류와 바이어스를 변화시키면서 전자빔 에미션 실험을 수행하였다. 측정결과 2.3[A] 부근에서포화된 전자빔을 얻을 수 있었으며, 포화된 지점에서의 전류값에 대해서 바이어스 전압을 조정했을 경우 선형적으로 전자빔량이 증가하였다. 그리고, 전체 전자빔량은 가속적압이낮을 수록 상대적인 전자의 속도가 느려서 측정량은 증가하였다.
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