ELECTRON MICROSCOPY

전자현미경 분석팀

재료의 미세 구조, 나노 구조 및 원자 구조를 시각화하는 SEM, FIB, TEM 및 3D 원자, 라만 분석 기반의 고급 복합 분석 기술을 개발하는 것이 목표입니다. 나노 재료, 바이오 재료를 비롯한 재료 과학/공학 전반의 전자현미경 분석 수요에 대해, 기초 원천 연구부터 공정 최적화에 이르기까지 재료별, 연구개발 단계별로 맞춤형의 첨단 기술 지원 및 지침을 제공합니다.

주요연구 분야

백문이 불여일견!
연구 영역
주사 전자 현미경, Scanning Electron Microscopy (SEM)
주사전자현미경은

10 -5 Torr 이상의 진공 중에 놓여진 시편 표면을 1-100 nm 정도의 미세한 전자 빔으로 주사하여 전자가 시편과 충돌할 때 발생하는 이차 전자, 산란 전자, X-선 등을 검출함으로써, 확대영상을 모니터에 표시하여 시편의 형태 및 미세구조를 관찰하거나 화학조성 등을 분석하는 장비입니다.
분해능이 높아 고배율로 물체를 관찰할 수 있으며, 렌즈의 교체 없이 저배율부터 고배율까지 손쉽게 배율을 조절할 수 있습니다. 특히 광학현미경과 비교하여 피사계 심도(관찰 대상물의 확대영상에서 초점이 맞는 깊이의 범위, depth of field)가 깊기 때문에 비정형의 요철이 심한 시편의 관찰에 매우 유용합니다.

본 분석팀 SEM의 특징

저진공 모드, 습도 분위기를 이용한 액체 함유 및 바이오 재료 분석

Serial sectioning 및 3D 구조 재구성

Stitching 기능에 의한 고배율 대면적 영상

Sub-micron 영역의 WDS 맵핑

EBIC 기능에 의한 전기전도도 시각화 및 정량화

CL 기능에 의한 음극형광 분석

EBL 기능에 의한 미세 패터닝

  • Low vacuum mode imaging of bio-materials
  • EBIC mapping and quantification
  • Serial sectioning and 3D reconstruction of bio-materials
  • High resolution large area imaging by MAPS stitching
집속 이온빔, Focused Ion Beam (FIB)
FIB는

SEM에 이온 총이 장착되어 있어, 전자 빔과 더불어 이온 빔을 함께 활용할 수 있도록 구성된 장비입니다.
이온 빔과 전자 빔을 비교하며 고배율의 이미지를 단순히 관찰할 수도 있고, 이온 빔에 의해 특정 부위를 선택적으로 밀링하거나 Pt 등의 재료를 미세 영역에 증착할 수도 있습니다. 밀링 기능을 이용하면 특정 단면을 관찰 후 해당 부위에서 얇은 TEM 시편 및 APT 시편을 제작하거나, 단면 이미지를 연속적으로 확보하여 3차원으로 재구성합니다. 증착 기능은 주로 나노 구조체의 특정 위치를 고정시켜 기계적, 전기적 물성을 측정하는 데 이용됩니다. 필요시 여러 종류의 부대 장치를 부착하여 다양한 용도로 특화시켜 사용할 수 있습니다.

본 분석팀 FIB의 특징

TEM 및 APT 시편 제작

Slice&View 및 3D 구조 재구성

In-situ 기계적, 전기적 특성 측정

EBSD 기능에 의한 특정 방위의 TEM 시편 제작, 3D 결정방위 재구성, 표면 산화막 제거

Cryo 모드를 이용한 액체 함유 및 바이오 재료 분석

Vacuum transfer 기능에 의해 시편을 대기 및 수분과 차단시켜 분석

  • TEM sample preparation
  • APT sample preparation
  • Slice&View and 3D reconstruction of nano-materials
  • In-situ mechanical and electrical characterization of nano-materials
투과 전자 현미경, Transmission Electron Microscopy (TEM)
투과전자현미경은

이름 그대로 전자를 사용하여 시편을 투과시키고 투과전자로써 시편의 확대영상을 얻는 장비입니다. 영상 외에 시편의 부가적인 정보를 함께 얻을 수 있다는 점이 특징적인데, 이는 시편과 전자와의 반응으로 얻어지는 분광분석 그리고 후방 초점면에서 이루어지는 회절분석입니다.
입사전자가 규칙적인 원자의 배열을 가지는 시편에서 산란되면서 회절도형이 만들어지면 이를 분석하여 결정구조나 결정방위에 관한 정보를 얻게 되는데, 이때 입사되는 전자 빔을 조작함으로써 다양한 회절도형을 얻을 수 있습니다. 분광분석으로는 조성을 확인할 수 있는 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), 조성뿐만 아니라 전기적, 광학적 특성 및 원자 결합 관련 정보를 얻을 수 있는 EELS(Electron Energy Loss Spectroscopy)가 가능합니다.

본 분석팀 TEM의 특징

Cs-corrected STEM

Monochromated HR-EELS/EFTEM

초고속 EDS 맵핑 및 3D tomomography

DPC 기능에 의한 시편의 전/자계 영상

Lorentz 렌즈를 이용한 자성 재료 분석

세차 회절 분석법에 의한 ASTAR(결정상/결정방위 맵핑) 및 TOPSPIN(변형량 맵핑) 기능

Cryo 모드를 이용한 액체 함유 및 바이오 재료 분석

In-situ holder(온도, 인장/압축, 전계, 기체/액체 분위기 제어) 활용

  • Atomic structure change from the Li ion diffusion at Li(Ni xMn xCo 1-2x)O 2

  • EDS mapping on the degradation behavior of Si alloy

  • Orientation mapping with ASTAR (nanocrystalline Al)

  • Strain mapping with TOPSPIN (MAG*I*CAL®)

원자 탐침 현미경, Atom Probe Tomography (APT)
APT는

탐침형의 시편에 전계 및 레이저 펄스를 인가하여 시편의 최 선단에서 원자의 전계 증발(field evaporation)을 일으키고, 개별 원자 및 분자의 위치 검출기(position sensitive detector)까지의 비행시간(time of flight)과 충돌 위치를 식별하여 3차원적으로 원자의 종류 및 위치를 검지하는 입체적 조성 분석 장비입니다.
이 분석법의 장점은 원자 수준의 공간 분해능을 가지며, 수십 ppm 수준의 미량 원소까지 검출할 수 있다는 점입니다. 또한 표준 시료가 필요하지 않으며, 수소와 리튬을 포함한 모든 원소의 정량 분석이 가능합니다. 3차원적인 조성 분석이 가능하므로 시편 내부의 계면 분석이나 클러스터 분석에 매우 효과적입니다.

본 분석팀 APT의 특징

극미세 영역(0.2 nm 분해능)에서 극미량 조성(수십 ppm)을 검출 가능

수소, 리튬을 포함한 모든 원소의 정량분석 가능

시편 탐침 선단의 3D 원자 재구성

  • III/V - LED
  • Geology-Zircon
  • Thin films
  • Transistors
  • Oxide growth
라만 분광법, Raman Spectroscopy
라만 분석법은

빛이 어떤 매질을 통과할 때 일부는 입사방향에서 이탈하여 진행하는 산란이 일어나는데, 그중 라만 산란(비탄성 산란) 현상을 확인하고 산란 광 스펙트럼 분석을 통해 물질 내 분자의 진동 및 회전 등을 파악하는 것을 라만 분광법이라고 합니다. 물질이 산란 과정에서 흡수 혹은 방출하는 에너지를 분석함으로써 그 물질을 구성하는 분자 구조에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
한 지점에 대한 포인트 분석이 기본이지만, 물질 고유의 특성 피크에 초점을 두고 라인 및 면적 맵핑을 수행하여 특정 영역에서 해당 물질의 분산된 정도 및 분포를 확인할 수도 있습니다. 라만 분석법은 비파괴, 비접촉식이고, 특별한 시편준비가 불필요하며 분석시간도 짧고, 고체 및 액체 등 다양한 시료에 적용 가능하다는 장점이 있습니다.

본 분석팀 Raman의 특징

4가지 파장대(~244 nm, ~532 nm, ~785 nm, 1064 nm) 레이저 광원의 다양성

In-situ heating and freezing stage 이용 가능

In-situ electrochemical cell 이용 가능

  • Graphene flake on SiO 2 substrate
    (x50, 532nm laser, 10s exposure time)
  • Peak shift showing the graphene layer dependence
  • Area mapping of the graphene layer distribution