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나노영역의 음향특성 계측법

전문가 제언: ○ 장래의 나노 디바이스, 나노 기계, MEMS 디바이스 등 비파괴 검사에서는 나노 스케일의 공간 분해능을 갖는 음향특성평가법이 유망하다. 높은 공간분해능을 실현시키기 위해서는 단파장의 음파 즉 초음파가 필요하게 된다. 그러나 비파괴적인 내부 관찰이나 물성평가수단으로 확립되어 있는 초음파 현미경에 있어서도 공간 분해능은 최고 1미크론으로는 충분하지 않다.

○ 이와 같은 배경에서 1994년에 원자 사이의 작용 힘을 이용하는 현미경(Atomic Force Microscopy : AFM)에서 시료를 캔틸레버(cantilever) 공진 주파수 이상의 주파수로 진동시키는 초음파 현미경(Ultrasonic Force Microscopy : UFM)이 제안되었다. 여기서 시료가 아니고 캔틸레버를 진동시키는 초음파 원자 사이의 힘을 이용하는 현미경(Ultrasonic Atomic Force Microscopy : UAFM)을 개발하고 그 내용과 응용결과를 보고하고 있다.

○ 시료를 진동시키는 대신 시료에 접촉시킨 캔틸레버를 진동시키는 것은 그 해석이 더욱 어려울 것으로 생각된다. 이론적인 해석이 함께 필요할 것 같다. AFM에서나 UFM에서도 시료에 진동자를 접착하지 아니하면 안 되고 진폭이 큰 진동의 비선형 효과를 해석하는 것도 곤란하였다. 이 문제는 UAFM에서도 같다. 다만 분역 경계를 촬영한 영상사진에서 경계가 뚜렷이 보이는 것으로 볼 때, UAFM의 성능이 입증된 것으로 판단된다.

○ UAFM으로 강유전체 압전 재료에 적용한 결과는 물성 계측의 중요한 응용으로 평가한다. UAFM의 높은 공간 분해능은 종래에는 불가능했던 분역 경계를 직접 평가하는 것도 가능하게 하였다. 강성도 저하현상의 발견으로 큰 전압 왜곡이 발생하는 재료의 개발이나 분극반전과 피로현상의 관계를 해명하는데 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

저자: Toshihiro Tsuji, Kazushi Yamanaka
자료유형: 학술정보