• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2002년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.232-235
• /
• 2002

An 150 kV gas cluster ion accelerator was fabricated and assessed. The change of surface morphology and surface roughness were examined by an atom force microscope (AFM) after irradiation of $CO_2$ gas clusters on Si (100) surfaces at the acceleration voltages of 50 kV. The density of hillocks induced by cluster ion impact was gradually increased with the dosage up to 5$\times$10$^{11}$ ions/$\textrm{cm}^2$. At the boundary of the ion dosage of 10$^{12}$ ions/$\textrm{cm}^2$, the density of the induced hillocks was decreased and RMS (root mean square) surface roughness was not deteriorated further. At the dosage of 5x10$^{13}$ ions/$\textrm{cm}^2$, the induced hillocks completely disappeared and the surface became very flat. In addition, the irradiated region was sputtered. $CO_2$ cluster ions are irradiated at the acceleration voltage of 25 kV to remove hillocks on indium tin oxide (ITO) surface and thus to attain highly smooth surfaces. $CO_2$ monomer ions are also bombarded on the ITO surface at the same acceleration voltage to compare sputtering phenomena. From the AFM results, the irradiation of monomer ions make the hillocks sharper and the surfaces rougher On the other hand, the irradiation of $CO_2$ cluster ions reduces the hight of hillocks and planarize the ITO surfaces. From the experiment of isolated cluster ion impact on the Si surfaces, the induced hillocks m high had the surfaces embossed at the lower ion dosages. The surface roughness was slightly increased with the hillock density and the ion dosage. At higher than a critical ion dosage, the induced hillocks were sputtered and the sputtered particles migrated in order to fill valleys among the hillocks. After prolonged irradiation of cluster ions, the irradiated region was very flat and etched.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제17권10호
• /
• pp.939-943
• /
• 1996

Reactions that proceed within mixed acetylene-methanol and ethylene-methanol cluster ions were studied using an electron-impact time-of-flight mass spectrometer. When acetylene and methanol seeded in helium are expanded and ionized by electron impact, the ion abundance ratio, [CH3OH+]/[CH2OH+] shows a propensity to increase as the acetylene/methanol mixing ratio increases, indicating that the initially ionized acetylene ion transfers its charge to adjacent methanol molecules within the clusters. Investigations on the relative cluster ion intensity distributions of [CH3OH2+]/[CH3OH+] and [(CH3OH)2H+]/[CH3OH·CH2OH+] under various experimental conditions suggest that hydrogen-atom abstraction reaction of acetylene molecule with CH3OH ion is responsible for the effective formation of CH2OH ion. In ethylene/methanol clusters, the intensity ratio of [CH3OH2]/[CH3OH] increases linearly as the relative concentration of methanol decreases. The prominent ion intensities of (CH3OH)mH over (CH3OH)m-1CH2OH ions (m=1, 2, and 3) at all mixing ratios are also interpreted as a consequence of hydrogen atom transfer reaction between C2H4 and CH3OH to produce the protonated methanol cluster ions.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제13권5호
• /
• pp.482-486
• /
• 1992

Ion-molecule reactions of acetylene and mixed acetylene-ammonia cluster ions are studied using an electron impact time-of-flight mass spectrometer. The present results clearly demonstrate that $(C_2H_2)_n^+$ cluster ion distribution represents a distinct magic number of n=3. The mass spectroscopic evidence for the enhanced structural stabilities of $[C_6H_4{\cdot}(NH_3)_m]^+$ (m=0-8) ions is also found along with the detection of mixed cluster $[(C_2H_2)_n{\cdot}(NH_3)_m]^+$ ions, which gives insight into the feasible structure of solvated ions. This is rationalized on the basis of the structural stability for acetylene clusters and the dissociation dynamics of the complex ion under the presence of solvent molecules.

• 한국진공학회지
• /
• 제12권1호
• /
• pp.55-63
• /
• 2003

150 kV급 가스 클러스터 이온 가속기를 제자하여 $CO_2$와 $N_2O$ 클러스터의 크기를 비행시간 측정법을 통하여 조사하였다. Isolated cluster ion impact를 통하여 클러스터 이온이 고체 표면과 충돌시 1nm 정도 놀이와 수십 nm 폭을 가지는 hillock을 형성시키는 것을 원자간 척력 현미경으로 관찰하였다. 또한 hillock이 존재하는 ITO 표면에 $CO_2$ 클러스터 이온을 조사하면 단원자 이온의 충돌시 보이는 sharpening 현상과는 다른 다중 충돌에 의한 sputtering 효과가 관찰되었으며, 25 kV의 가속 전압에서 $CO_2$ 클러스터 이온을 $5\times10^{-14}\textrm{cm}^2$ 만큼을 ITO 표면에 조사시킨 경우에는 표면이 평탄화되었다. 또한 표면 거칠기가 0.3 nm 정도인 Si 기판 위에 $CO_2$ 클러스터 이온을 조사하면서 이온 조사량에 따른 표면 형상 및 거칠기의 변화를 조사하였다. $10^{12}\textrm{cm}^2$ 이하의 낮은 이온 조사량에서는 hillock들의 형성과 그 밀도의 증가로 표면의 거칠기가 증가하는 surface embossment 현상이 지배적으로 이루어졌으며, 형성된 hillock의 면적과 비조사된 곳의 면적이 같아지는 임계 이온 조사량부터는 hillock이 스퍼터링되고 그 원자들의 표면확산에 따른 hillock 사이의 valley들이 채워지는 스퍼터링과 표면의 평탄화가 이루어지는 구간이 관찰되었고, 그 이후 더 높은 이온 조사량부터는 깊이 방향으로의 식각이 진행되는 연차적인 충돌과정이 관찰되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
• /
• pp.162-162
• /
• 2012

Sub 100 nm의 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) 소자를 구동하기 위해서는 2.0 nm 이하의 $SiO_2$ oxide에 해당하는 전기적 특성이 요구된다. 그러나 2.0 nm 이하의 $SiO_2$에서는 누설 전류가 너무 크기 때문에 이를 대체하기 위해서 유전 상수 (dielectric permittivity)가 높은 $HfO_2$ (${\varepsilon}=25$), $Al_2O_3$, $HfO_2/Al_2O_3$ laminate 등의 high-k dielectric 물질들이 연구되고 있다[1]. High-k dielectric 물질의 전기적 특성은 박막 조성, 두께 및 전극과의 계면에 생성되는 계면 층이나 불순물(Impurity) 거동에 크게 의존하므로 High-k dielectric/전극(Metal or Si) 구조에서 조성 및 불순물의 거동에 대한 정확한 평가가 주요 쟁점으로 부각되고 있다. 이를 평가하기 위해 일반적으로 $Ar^+$ ion에 의한 depth profiling 분석이 진행되나 Oxygen 원자의 선택적 식각에 기인된 분석 깊이 분해능(Depth Resolution) 왜곡으로 계면 층의 형성이나 불순물의 거동을 정확하게 평가할 수 없다. 이러한 예로는 $Ta_2O_5$ 및 $SrBi_2Ta_2O_9$와 같은 다 성분 계 산화막에 $Ar^+$ ion 주사 시 발생하는 선택적인 식각(Preferential Sputtering) 때문에 박막의 실제 조성 및 거동을 평가하는 것은 어렵다고 보고된 바 있다[2,3]. 본 연구에서는 $90{\AA}$인 적층 $Hf_xO_y/Al_xO_y/Hf_xO_y$ 구조에서의 불순물 거동 분석 능력 확보 상 주요 인자인 깊이 분해능 개선을 Secondary Ion Mass Spectroscopy(SIMS)의 primary ion 종, impact energy 및 주사 각도를 변화시켜 ~1 nm 수준까지 구현하였다. 이러한 분석 깊이 분해능의 개선은 Low Impact Energy, 입사 이온의 glancing angle 및 Cluster ion 적용에 의존하며 이들 요인의 효과에 대해 비교/고찰하고자 한다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제13권3호
• /
• pp.306-311
• /
• 1992

The stable structures of pure ethylene and mixed ethylene-ammonia cluster ions are studied using an electron impact ionization time-of-flight mass spectrometer. Investigations on the relative cluster ion distributions of $(C_2H_4)_n(NH_3)_m^+$ under various experimental conditions suggest that $(C_2H_4)_2(NH_3)_3^+$ and $(C_2H_4)_3(NH_3)_2^+$ ions have the enhanced structural stabilities, which give insight into the feasible structure of solvated ions. For the stable configurations of these ionic species, we report an experimental evidence that both $(C_2H4)_2^+(C_2H_4)_3^+$ clusters as the central cations provide three and two hydrogen-bonding sites, respectively, for the surrounding $NH_3$ molecules. This interpretation is based on the structural stability for ethylene clusters and the intracluster ion-molecular rearrangement of the complex ion under the presence of ammonia solvent molecules.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제45권11호
• /
• pp.932-938
• /
• 2017

플라자마의 거동을 오일러리안 격자와 라그랑지안 입자를 혼합하여 해석하는 Particle-in-cell 기법을 적용하여 간략화된 홀추력기를 해석하였다. 본 연구는 중성입자, 이온입자 뿐만 아니라 전자도 라그랑지안 기법으로 개별추적 계산하기 때문에 message passing interface 기법을 이용해 대용량 계산이 가능한 병렬클러스터링을 적용하였다. 계산에 앞서 일정한 벡터의 자기장에서 전자군의 나선형 거동을 해석하였고, 절대해와 일치함을 확인하여 코드를 검증하였다. 실린더 내부에 반경방향으로 일정한 자기장과 축방향으로 일정한 전기장을 고정시켜 플라즈마의 거동을 PIC 모델을 이용하여 해석하였다. 반응 실린더 내부에 전자가 로렌츠 힘에 의해 이중나선을 그리며 구속되는 현상이 잘 포착되었고, 고속 회전하는 전자와 주입된 중성입자가 충돌하여 이온화 되었고, 대전된 입자가 축방향의 전기장에 의해 급 가속하는 현상 또한 잘 모사되어 플라즈마의 플룸 거동을 모사하였다.