• Title, Summary, Keyword: 원자간 힘 현미경

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Single Interaction Force of Biomolecules Measured with Picoforce AFM (원자 힘 현미경을 이용한 단일 생분자 힘 측정)

  • Jung, Yu-Jin;Park, Joon-Won
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.16 no.1
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    • pp.52-57
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    • 2007
  • The interaction force between biomolecules(DNA-DNA, antigen-antibody, ligand-receptor, protein-protein) defines not only biomolecular function, but also their mechanical properties and hence bio-sensor. Atomic force microscopy(AFM) is nowadays frequently applied to determine interaction forces between biological molecules and biomolecular force measurements, obtained for example using AFM can provide valuable molecular-level information on the interactions between biomolecules. A proper modification of an AFM tip and/or a substrate with biomolecules permits the direct measurement of intermolecular interactions, such as DNA-DNA, protein-protein, and ligand-receptor, etc. and a microcantilever-based sensor appeared as a promising approach for ultra sensitive detection of biomolecular interactions.

Experimental and Finite Element Study of Tribological Characteristics of SU-8 Thin Film (실험 및 유한요소해석에 의한 SU-8 박막의 Tribological 특성 연구)

  • Yang, Woo Yul;Shin, Myounggeun;Kim, Hyung Man;Han, Sangchul;Sung, In-Ha
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.37 no.4
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    • pp.467-473
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    • 2013
  • In this study, two-dimensional finite element models were developed and experiments were conducted using an atomic force microscope to investigate the tribological characteristics of an SU-8 layer coated on a patterned wafer for microsystem applications. The results revealed that both the adhesion and the friction forces measured by the atomic force microscope were lower for the SU-8 coated surface than for the bare silicon surface. This is attributed to the hydrophobicity of SU-8. Another important result derived from the finite element analysis was the critical load required to fracture the SU-8 film with respect to the thickness. The critical loads for thicknesses of 200, 400, and 800 nm were approximately 13, 22, and 28 mN, respectively, which corresponded to a Hertzian contact pressure of 1.2-1.8 GPa. These results will aid in the design of a suitable SU-8 thickness for microsystem components that are in contact with one another.

Characterization of AFM machining mode and Acoustic Emission monitoring (AFM 가공 모드 분석 및 AE 모니터링)

  • Ahn, Byoung-Woon;Lee, Seoung-Hwan
    • Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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    • v.25 no.10
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    • pp.41-47
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    • 2008
  • This study aims to obtain machining characteristics during AFM (Atomic force Microscope) machining of silicon wafers and to monitor the machining states using acoustic emission. As in micro scale machining, two distinct regimes of deformation, i. e. ploughing regime and cutting regime were observed. First, the transition between the two regimes are investigated by analyzing the "pile-up" during machining. As far as in process monitoring is concerned, in the ploughing repime, no chips have been formed and related AE RMS values are relatively low, In the mean time, in the cutting regime, the RMS values are significantly higher than the ploughing regime, with apparent chip formation. From the results, we found out that the proposed scheme can be used for the monitoring of nanomachining, especially for the characterization of nanocutting mode transition.

금속박막 패턴과 InGaN/GaN 전광소자의 표면플라즈몬 효과

  • Lee, Gyeong-Su;Kim, Seon-Pil;Kim, Eun-Gyu
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.335-335
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    • 2012
  • 높은 효율의 InGaN/GaN 전광소자는 현대 조명 산업에 필수적인 역할을 하고 있다. 전광소자의 효율을 높이는 데에는 여러가지 한계들이 있다. 예를 들면 높은 전류에서의 효율 저하, GaN의 전위결함에 의한 비발광 재결합의 발생 등이 있다. 이러한 한계를 극복하고자 InGaN/GaN 전광소자의 효율을 높이기 위해 사파이어 기판의 표면을 거칠게 바꾸는 방법, 무분극 전광소자, 표면 플라즈몬 등 여러가지 많은 방법들이 개발되고 있다. 본 실험에서는 유기금속화학증착 방법을 이용하여 사파이어 기판위에 Si이 도핑된 n-type GaN를 3.0 um 증착 하였고 그 위에는 9층의 양자 우물 층을 쌓았다. 마지막으로 위층은 Mg 이 도핑된 p-type GaN를 200 nm 증착 하여 소자를 형성하였다. 포토리소그래피 공정과 에칭공정을 통하여 7 um 인 선 패턴을 가진 시료를 완성하였다. 투과 전자 현미경의 측정 결과 맨 위층인 p-GaN의 에칭된 깊이는 175 nm 이였다. 금속박막을 증착하기 위해 열증착 방법으로 금과 은의 박막을 두께를 달리하여 0~40 nm증착 하였다. 금과 은의 두께에 따른 광발광 측정 결과 은(Ag)박막만 40 nm 일 경우 금속박막이 없는 시료보다 광발광 효율이 7배 증가하였고 금 10 nm와 은 30 nm 인 경우에는 3.5배 증가하였다. 또한 패턴의 폭에 따른 광발광 증가를 알아보고 광발광 증가가 일어나기 위한 최적의 패턴조건을 알고자 폭을 5, 10 um 달리하였고, 원자간 힘 현미경과 전자현미경을 이용하여 에칭된 패턴의 폭과 두께를 확인하였다. 본 실험을 통해 금과 은박막에 의한 표면플라즈몬 효과와 광발광 효율증대에 대해 토의할 것이다.

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초음파 처리 시간 변화에 따른 나노 구조 P3HT층을 가진태양전지의 특성

  • Lee, Yong-Hun;Kim, Dae-Hun;Kim, Tae-Hwan
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.398.2-398.2
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    • 2014
  • 유기태양전지는 낮은 공정 단가, 저온공정 및 기계적 유연성과 같은 다양한 장점을 지니고 있어서 실리콘 기반의 태양전지를 대체하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 유기태양전지는 실리콘 기반의 태양전지에 비해서 낮은 광전변환효율을가지고 있기 때문에 효율을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 엑시톤 분리 효율을 높이기 위한 방안으로 나노 구조가 많이 연구되고 있다. 하지만 나노 구조를 제작하기 위해서는 식각 과정을 거치거나, 금속 템플레이트를 사용하여 공정상 복잡하고 어려움을 갖는다. 본 연구에서는 간단한 용액 공정을 이용하여 초음파 처리시간 변화에 따른 나노 구조를 가지는 광활성층을 제작하였다. 전자주게 물질인 P3HT를 혼합 용매에 녹여서 초음파 처리를 통해서 나노 구조를 제작하였고, 초음파 처리 시간에 따른 구조의 변화를 광류미네에센스 측정과 원자간 힘 현미경으로 관찰하였다. 나노 구조를 가지는 태양 전지는 엑시톤을 분리할 수 있는 전자주게와 전자받게의 계면이 증가함으로 엑시톤 분리 효율이 향상되는 장점을 가진다. 초음파 처리 사긴 변화에 따른 나노 구조 P3HT 층을 가진 태양전지의 전류밀도-전압 측정을 통해 효율의 변화를 비교하였다. 15분 동안 초음파 처리를 하였을 때, 가장 높은 효율을 가지는 것을 확인할 수 있었고, 나노 구조를 가지지 않는 유기태양전지에 비해서 20% 정도 효율이 향상되는 결과를 볼 수 있었다.

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하이브리드 SEM 시스템

  • Kim, Yong-Ju
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.109-110
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    • 2014
  • 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy: SEM)은 고체상태에서 미세조직과 형상을 관찰하는 데에 가장 다양하게 쓰이는 분석기기로서 최근에 판매되고 있는 고분해능 SEM은 수 나노미터의 분해능을 가지고 있다. 그리고 SEM의 초점심도가 크기 때문에 3차원적인 영상의 관찰이 용이해서 곡면 혹은 울퉁불퉁한 표면의 영상을 육안으로 관찰하는 것처럼 보여준다. 활용도도 매우 다양해서 금속파면, 광물과 화석, 반도체 소자와 회로망의 품질검사, 고분자 및 유기물, 생체시료 nnnnnnnnn와 유가공 제품 등 모든 산업영역에 걸쳐 있다(Fig. 1). 입사된 전자빔이 시료의 원자와 탄성, 비탄성 충돌을 할 때 2차 전자(secondary electron)외에 후방산란전자(back scattered electron), X선, 음극형광 등이 발생하게 되는 이것을 통하여 topography (시료의 표면 형상), morphology(시료의 구성입자의 형상), composition(시료의 구성원소), crystallography (시료의 원자배열상태)등의 정보를 얻을 수 있다. SEM은 2차 전자를 이용하여 시료의 표면형상을 측정하고 그 외에는 SEM을 플랫폼으로 하여 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), WDS (Wave Dispersive X-ray Spectroscope), EPMA (Electron Probe X-ray Micro Analyzer), FIB (Focus Ion Beam), EBIC (Electron Beam Induced Current), EBSD (Electron Backscatter Diffraction), PBMS (Particle Beam Mass Spectrometer) 등의 많은 분석장치들이 SEM에 부가적으로 장착되어 다양한 시료의 측정이 이루어진다. 이 중 결정구조, 조성분석을 쉽고 효과적으로 할 수 있게 하는 X선 분석장치인 EDS를 SEM에 일체화시킨 장비와 EDS 및 PBMS를 SEM에 장착하여 반도체 공정 중 발생하는 나노입자의 형상, 성분, 크기분포를 측정하는 PCDS(Particle Characteristic Diagnosis System)에 대해 소개하고자 한다. - EDS와 통합된 SEM 시스템 기본적으로 SEM과 EDS는 상호보완적인 기능을 통하여 매우 밀접하게 사용되고 있으나 제조사와 기술적 근간의 차이로 인해 전혀 다른 방식으로 운영되고 있다. 일반적으로 SEM과 EDS는 별개의 시스템으로 스캔회로와 이미지 프로세싱 회로가 개별적으로 구현되어 있지만 로렌츠힘에 의해 발생하는 전자빔의 왜곡을 보정을 위해 EDS 시스템은 SEM 시스템과 연동되어 운영될 수 밖에 없다. 따라서, 각각의 시스템에서는 필요하지만 전체 시스템에서 보면 중복된 기능을 가지는 전자회로들이 존재하게 되고 이로 인해 SEM과 EDS에서 보는 시료의 이미지의 차이로 인한 측정오차가 발생한다(Fig. 2). EDS와 통합된 SEM 시스템은 중복된 기능인 스캔을 담당하는 scanning generation circuit과 이미지 프로세싱을 담당하는 FPGA circuit 및 응용프로그램을 SEM의 회로와 프로그램을 사용하게 함으로 SEM과 EDS가 보는 시료의 이미지가 정확히 일치함으로 이미지 캘리브레이션이 필요없고 측정오차가 제거된 EDS 측정이 가능하다. - PCDS 공정 중 발생하는 입자는 반도체 생산 수율에 가장 큰 영향을 끼치는 원인으로 파악되고 있으며, 생산수율을 저하시키는 원인 중 70% 가량이 이와 관련된 것으로 알려져 있다. 현재 반도체 공정 중이나 반도체 공정 장비에서 발생하는 입자는 제어가 되고 있지 않은 실정이며 대부분의 반도체 공정은 저압환경에서 이루어지기에 이 때 발생하는 입자를 제어하기 위해서는 저압환경에서 측정할 수 있는 측정시스템이 필요하다. 최근 국내에서는 CVD (Chemical Vapor Deposition) 시스템 내 파이프내벽에서의 오염입자 침착은 심각한 문제점으로 인식되고 있다(Fig. 3). PCDS (Particle Characteristic Diagnosis System)는 오염입자의 형상을 측정할 수 있는 SEM, 오염입자의 성분을 측정할 수 있는 EDS, 저압환경에서 기체에 포함된 입자를 빔 형태로 집속, 가속, 포화상태에 이르게 대전시켜 오염입자의 크기분포를 측정할 수 있는 PBMS가 일체화 되어 반도체 공정 중 발생하는 나노입자 대해 실시간으로 대처와 조치가 가능하게 한다.

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Formation of Al0.3Ga0.7As/GaAs Multiple Quantum Wells on Silicon Substrate with AlAsxSb1-x Step-graded Buffer (AlAsxSb1-x 단계 성분 변화 완충층을 이용한 Si (100) 기판 상 Al0.3Ga0.7As/GaAs 다중 양자 우물 형성)

  • Lee, Eun Hye;Song, Jin Dong;Yoen, Kyu Hyoek;Bae, Min Hwan;Oh, Hyun Ji;Han, Il Ki;Choi, Won Jun;Chang, Soo Kyung
    • Journal of the Korean Vacuum Society
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    • v.22 no.6
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    • pp.313-320
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    • 2013
  • The $AlAs_xSb_{1-x}$ step-graded buffer (SGB) layer was grown on the Silicon (Si) substrate to overcome lattice mismatch between Si substrate and $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs multiple quantum wells (MQWs). The value of root-mean-square (RMS) surface roughness for 5 nm-thick GaAs grown on $AlAs_xSb_{1-x}$ step-graded buffer layer was ~1.7 nm. $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQWs with AlAs/GaAs short period superlattice (SPS) were formed on the $AlAs_xSb_{1-x}$/Si substrate. Photoluminescence (PL) peak at 10 K for the $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW structure showed relatively low intensity at ~813 nm. The RMS surface roughness of the $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW structure was ~42.9 nm. The crystal defects were observed on the cross-sectional transmission electron microscope (TEM) images of the $Al_{0.3}Ga_{0.7}As$/GaAs MQW structure. The decrease of PL intensity and increase of RMS surface roughness would be due to the formation of the crystal defects.