[공부] 반도체 분석장비

반도체 분석장비

 

이번 시간에는 반도체 분석장비에 대해서 알아볼게요!

 

반도체가 점점 미세화 되고, 다양한 재료들이 혼합되어 사용되다 보니 단순히 가시적인 관찰 뿐만아니라 다양한 관점에서 분석하고 있습니다. 그 중 오늘은 XRD, 라만 분석, SEM 에 대해서 알아보겠습니다!

 

• XRD 분석법: XRD는 X선을 이용한 분석법이다. X선을 결정에 부딪히게 되면 그중 일부가 회절을 일으킨다. 이때 회절 각도와 강도는 물질의 구조에 따라 달라지고 고유한 값을 가지므로 회절한 X선을 이용하면 시료에 포함된 결정성 물질의 종류를 알 수 있다. XRD는 비파괴 분석 법이며, 측정대상의 제한이 없기 때문에 많은 곳에서 유용하게 사용하는 분석법 중 하나이다. 주로 Cu K-alpha를 사용한다.XRD의 pattern으로 Peak position, Peak Width, Peak area or height ratio, Peak tails, Background를 알 수 있다. XRD실험을 통해 얻은 값은 𝜃이고 𝜆는 사용된 파장 이므로 구하는 격자간 거리 d는 d=𝑛𝜆/2𝑠𝑖𝑛𝜃 를 통해서 구할 수 있다. 또, jcpds card를 통해 Intensity값중 높은 세가지 intensity값을 가지는 2𝜃를 측정하여 격자 물질을 파악하고, 조성비를 측정할 수 있다. 또 반측폭을 통해서 격자의 크기를 대략적으로 구할 수 있다. 최대 강도인 Imax에서의 절반인 Imax/2 인 폭을 반측폭이라 하며, 그 반측폭의 크기는 대략적으로 𝜃1−𝜃2으로 정의할 수 있고, 이것을 통해 크기를 구하면 크기 𝑡=𝜆/Bcos𝜃B이다. 여기서 𝜃B=(𝜃1+𝜃2)/2로 계산할 수 있다.

XRD

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• 라만 분석: 샘플에 단색광을 조사하면 파장이 다른 빛이 산란되어 나온다. 이것은 원자와 원자의 공유결합의 진동에 의해 영향을 받는다. 물질의 특정 결합의 존재 유무, 성분의 농도, 샘플의 배열 규칙성을 파악하고, 결합의 운동상태인 회전, 전자의 운동과 진동을 파악한다. 장점으로는 비파괴적 분석 법으로 분석 기간이 잛고, 모든 상의 분석이 가능하다. 또 샘플의 전체 부분을 분석하기에 작은 부분만 보여주는 SEM과 TEM 같은 현미경의 자료에 뒷받침해 줄 자료로 사용할 수 있다. 마지막으로 연마나 밀링과 같은 준비과정이 따로 필요하지 않고 기판의 상태나 습도에 영향을 거의 받지 않는다.

라만 현상 (출처:https://blog.naver.com/elimglobal26/222544607551)

• SEM: SEM은 scanning electron microscope으로, 시료 표면에 전자를 주사하여 시료의 입체구조를 직접적으로 관찰할 수 있는 전자 현미경을 의미한다. SEM은 전자렌즈 상에 작은 포인트로 조사된 전자선으로 시료표면에 조사되고, 전자선과 표면에서의 반응으로 발생하는 이차전자와 반사전자 등을 증폭시켜 이것으로 작은 크기의 미세조직과 형상을 관찰하고 입체감이 존재하는 시료의 표면상을 얻어낼 수 있다. 주로 금속, 세라믹, 신소재 고분자의 미세 결정 입자 구로를 관찰하기 위해 사용한다. 따라서 SEM으로 𝑇𝑖𝑂ଶ를 관찰하면 나노 입자의 크기의 미세조직과 형상을 관찰할 수 있으며 더불어 입체감이 존재하는 𝑇𝑖𝑂ଶ의 표면상을 얻을 수 있다. SEM은 기본적으로 electron probe(1차 전자빔)을 생산하기 위해서 electron optical system이 갖춰져야 한다. 전자(electron gun)이라고 하는 광원으로 전자를 만들어 가속시키고 전자를 공급한다. 또 시료에서 반사 또는 반응하여 방출되는 secondary electron(2차 전자)를 검출하고 모으기 위한 detector가 필요하다. 시료에서 반사된 2차전자는 높은 전압에 의해서 scintillator에 부딪히게되고 빛을 방출한다. 이 빛은 photo-multiplier tube를 통과며 다시전자의 형태로바뀌게 되고 증폭되어 전기적인 신호로 바뀐다.

출처:https://search.pstatic.net/common/?src=http%3A%2F%2Fblogfiles.naver.net%2FMjAyMjAzMjFfMjY2%2FMDAxNjQ3ODA1MzY4NTY0.Yh3DyiEOVNIzXOqKK8y9eHRvSo0KRlK92k5L9dVcfvQg.4suG82QcMtlyl4E7qTjHinTXlvU7RlbanCjs4zsEtrcg.JPEG.garam-1212%2FIMG_C2A2544EAAA4-1.jpeg&type=sc960_832

이러한 미세한 부분을 다양한 분석장비를 통해 측정하고 있어요!,

저는 학부연구생을 하면서 이러한 장비들을 모두 사용 해봤는데요, 여러분들도 학부연구생할 기회가 있으면 기회를 잡으시면 정말 좋아요!!

다음 시간에는 8대공정에대해서 순서대로 알아보도록 해요!