초록 ▼

1. 기존 투과전자현미경을 이용하여 장비 분해능 0.21nm보다 작은 원자간 거리를 관찰할 수 있는 고분해능 결상기술을 개발하였고 이를 이용하여 원자간 거리 0.1478nm(목표: 0.16nm)인 재료의 원자배열을 분석할 수 있는 고분해능상을 얻었다.
2. 원자 모델을 사용하여 전자 현미경 관찰 조건으로 전산모사하고 이를 고분해능 투과전자현미경 상과 비교하여 전자현미경 자체보다 더 높은 분해능이 요구되는 원자간 배열과 복잡한 결정구조를 갖는 신소재나 적층결함, 쌍정, 전위, 계면과 같은 결정 내의 복잡한 결함 등의 원자배열을

1. 기존 투과전자현미경을 이용하여 장비 분해능 0.21nm보다 작은 원자간 거리를 관찰할 수 있는 고분해능 결상기술을 개발하였고 이를 이용하여 원자간 거리 0.1478nm(목표: 0.16nm)인 재료의 원자배열을 분석할 수 있는 고분해능상을 얻었다.
2. 원자 모델을 사용하여 전자 현미경 관찰 조건으로 전산모사하고 이를 고분해능 투과전자현미경 상과 비교하여 전자현미경 자체보다 더 높은 분해능이 요구되는 원자간 배열과 복잡한 결정구조를 갖는 신소재나 적층결함, 쌍정, 전위, 계면과 같은 결정 내의 복잡한 결함 등의 원자배열을 분석할 수 있는 기술을 개발하였다. 또한 이를 이용하여 원자간 거리 0.1397nm, 0.1303nm(목표: 0.14nm)인 재료의 원자배열을 분석할 수 있는 전산모사 고분해능 상을 얻었다.
3. 고분해능 실험을 통해 고분해능 상을 얻고, FFT 변환을 통해 얻어진 회절상에서 원하는 정보만을 mask를 통해 선택하고 다시 IFFT 시켜 원치 않는 노이즈를 제거한 명확한 이미지를 얻어 노이즈를 많이 포함하는 고배율 이미지에서 원자간 배열과 재료내 결정 결함 등의 원자배열을 명확하게 분석할 수 있는 기술을 개발하였다. 또한 이를 이용하여 원자간 거리 0.1594nm, 0.1478nm(목표: 0.16nm)인 재료의 원자배열을 분석할 수 있는 상처리된 고분해능 상을 얻었다.

Abstract ▼

1. $\underline{1st\;year}$: A transmission electron micorscopy is a very powerful analysis equipment in the analysis of microstructure of materials. Because transmission of electron is too hard due to dispersion of electron, a TEM specimen must be thin for electron to transmit it. Therefo

1. $\underline{1st\;year}$: A transmission electron micorscopy is a very powerful analysis equipment in the analysis of microstructure of materials. Because transmission of electron is too hard due to dispersion of electron, a TEM specimen must be thin for electron to transmit it. Therefore, in this research, we develop the technique of TEM specimen preparation like the following.




a. Development of technique preparing cross-section TEM specimen of $WSi_2$/Si, of which TEM specimen preparation is very difficult due to large difference of milling rate.
(1) We develop the technique of TEM specimen preparation of multi-layered semiconducting materials containing Pt, $WSi_2$, etc. on Si substrate, of which milling is very hard as compared with Si substrate so a specimen preparation is very difficult.
(2) We develop the technique of TEM specimen preparation of multi-layered semiconducting materials containing CaN etc. CaN is very fragile and its milling rate is very different as compared with sapphire substrate so a specimen preparation is very difficult, however CaN is widely studied as optical device.
b. Improvement and optimization of conventional TEM specimen preparing technique of multi-layered materials
c. Development of new TEM specimen preparation technique using only mechanical polishing
d. Cofirmation of whether it is achieved or not that a difference of thickness is below 20%. In this case we assume that a thickness of substrate is 10 nm.
e. TEM observation to verify that prepared specimen is very thin and has no defect
and damage.
2. $\underline{2nd\;year}$: Analysis technique of high-resolution TEM (HRTEM) is core of TEM analysis technique and from this technique we are able to analyze microstructure of materials containing interface, structure, and defect as atomic scale. In HRTEM analysis technique, to observe atomic arrangement of materials having small atomic distance, improvement of resolution of TEM is necessary. In this research, we establish the HRTEM analysis technique to observe atomic arrangement of materials having atomic distance of 0.17 nm. To develop HRTEM imaging technique, we use following strategy and method.
a. Using the existing transmission electron microscopy with the minimum of the additional investment, we develop the technique with which the atomic distance less than 0.21 nm, the resolution of TEM, can be observed.
b. The technique of specimen preparation that is the results in the first year is used in maximum.
c. The factors that obstruct the resolution of TEM is minimized.
d. The TEM imaging technique that is optimum to the atomic distance to observe is
developed.
e. The adjustment of defocus is used in order to develop the optimum TEM technique.
f. We observe the high resolution transmission electron microscopy images of the materials which have the atomic distance(0.17 nm) less than the resolution of TEM(0.21 nm), and confirm whether we develop the technique.
3. $\underline{3rd\;year}$: In the TEM analysis techniques, high-resolution TEM(HRTEM) method is a core technique which can analyze a microstructure containing material structure, interface, and defect as an atomic scale. Ceramic and semiconductor materials have complicated structures and their atomic distance is very small, so in order to research atomic arrangements using a high-resolution experiment, it is necessary to minimize a resolution. In this research, to develop a high-resolution analysis technique which is a requirement for the observation of 0.16 nm atomic distance and observe atomic arrangements, we use following strategies and methods.
a. The technique of a specimen preparation only using a mechanical polishing and the skill limiting polishing rate difference of hetero-structured materials that are the results in the first year are used in maximum.
b. Using the 200 kV TEM which is widespread in our country, we develop the technique to observe the atomic distance less than 0.21 nm with minimum of the additional investment.
c. The ceramic and semiconducting materials have complex structures, so in order to analyze atomic arrangements, it is necessary to improve the observation resolution than the existing materials. We develop the technique to analyze 0.16 nm atomic distance.
4. $\underline{4th\;year}$ If we use both the analysis technique with 0.16 nm resolution confirmed in a high-resolution experiment and an image simulation, it is possible to analyze the arrangement which is impossible through a microscope. To research the new materials with complex structures and the arrangements of stacking faults, twins, and interfaces, we use following methods and strategies.
a. We use both the analysis technique with 0.16 nm resolution confirmed from high-resolution TEM image skills and image simulation.
b. A high-resolution image is dependent on the do-focus, atomic potential, specimen thickness, chromatic aberration, spherical aberration, and convergent angle. So we develop the method to measure the acruiate value,
c. The analysis of the new material with complex crystal structures and complicated
defects such as stacking fault, twin, dislocation, and interface require a resolution less than 0.16 nm atomic distance. In this case, it is difficult to find atomic position exactly. So we develop the atomic analysis technique with the resolution less than 0.14 nm.
5. $\underline{5th\;year}$: In the case of using both the analysis technique with 0.16 nm resolution and image processing, the more improved research of atomic arrangement is possible through filtering the image saved in the CCD. In order to research the atomic arrangement of new materials with complex crystal structures and defects such as stacking fault, twin, dislocation, and interface, the following procedured are used.
a. Use both the atomic analysis technique with the resolution less than 0.16nm resulted from a high-resolution TEM imaging skill and the image processing.
b. To research the atomic arrangement of new materials with complex crystal structures and defects such as stacking fault, twin, dislocation, and interface, we develop the atomic analysis technique with the resolution less than 0.16 nm through the imge processing such as filtering.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...3
• 보고서 초록...4
• 요약문...5
• SUMMARY...22
• CONTENTS...42
• 목차...45
• 제1장 연구개발과제의 개요...48
• 1절 연구개발 개요...48
• 2절 연구개발의 필요성...52
• 제2장 국내외 기술개발 현황...64
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...69
• 1절 원자배열 관찰을 위한 고분해능 투과전자현미경 시편제작법 확립 (이종 재료간 두께차 20$\%$ 이내)...69
• 1. 기계적 연마만을 이용한 시편 제작 기술 개발...72
• 2. 특정 영역의 분석을 위한 기계 연마만을 이용한 시편 제작법 개발...102
• 3. 벽개를 이용한 시편 제작법 개발...110
• 4. 시편 회전 속도 조절을 통한 이온 연마법 최적화 기술 개발...125
• 5. 기계 연마/이온빔 연마 조합형 시편 제작법개발...138
• 6. 분말 시편 제작법 개발...144
• 2절 원자간 거리 0.17nm 고분해능 투과 전자현미경 분석기술 확보 및 신소재 원자 배열 관찰...150
• 1. 투과전자현미경의 수차 정열 기술 개발...150
• 2. 탈초점 변화에 따른 콘트라스트 전달 함수(CTF)의 변화...155
• 3. 탈초점 값의 정량화 및 최적 결상기술 개발...159
• 4. 관찰하고자하는 원자간 거리에 최적인 결상 기술의 실제 적용...164
• 3절 고분해능 투과전자현미경에 의한 원자간 거리 0.16 nm 원자배열 관찰 기술 확보...178
• 1. 관찰할 재료의 원자간 거리에 최적인 결상 조건 개발을 위한 이론적 배경...178
• 2. 연구 결과...200
• 4절 고분해능실험과 상 전산모사로 원자간 거리가 0.14 nm인 분석 기술 확보...210
• 1. 전산 모사 이론[21]...210
• 2. 연구 결과...214
• 5절 고분해능실험과 상처리 기술로 원자간 거리가 0.16nm인 분석 기술 확보...244
• 1. 고분해능 상의 상처리 분석을 위한 이론적 배경...244
• 2. 연구결과...252
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...266
• 1절 연구개발 목표 달성도...266
• 1. 원자배열 관찰을 위한 고분해능 투과전자현미경 시편제작법 확립...266
• 2. 원자간 거리 0.17nm인 신소재 원자배열 관찰에 필요한 고분해능 분석 기술 확보 및 원자배열 관찰...266
• 3. 고분해능 투과전자현미경에 의한 원자간 거리 0.16 nm 원자배열 관찰 기술 확보...267
• 4. 고분해능실험과 상 전산모사로 원자간 거리가 0.14nm인 분석 기술 확보...267
• 5. 고분해능 실험과 상처리 기술로 원자간 거리가 0.16nm인 분석 기술 확보...268
• 2절 대외기여도...268
• 1. 공공기능수행실적...268
• 2. 산$\cdot$학$\cdot$연 협력거점 활동현황...269
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...272
• 1절 기술이전 및 성과 활용...272
• 2절 첨단 기술정보의 제공, 연구기기 공동활용...273
• 3절 해외 연구기관과의 협력...274
• 4절 단기 강좌를 통한 기술협의, 기술교류 등 실질적 자문활동...275
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...277
• 1절 미국 Berkery 대학의 National Center for Electron Microscopy...277
• 2절 네덜란드 필립스사...278
• 3절 독일 하이델베르그 CEOS사...279
• 4절 해외연구기술 정보 요약...279
• 제7장 참고문헌...280