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나노기술에 이용되는 다가 이온

전문가 제언: ○ 다가 이온이 물질과 충돌하면 물질 표면상에 국한된 영역으로부터 전자가 다가이온의 비어있는 준위로 이동한다. 전자 이동에 의해 다가이온은 주양자수가 큰 준위에 속박전자를 가진 상태 즉 높은 여기상태가 되며 이후에 탈여기과정(Auger과정)이 일어나 전자가 진공 중으로 방출되는데 결국에는 다가 이온과 충돌에 의해 물질로부터 2차전자가 방출된다.

○ 2차전자의 방출효율은 수십으로부터 수백에 이르는 것으로 알려져 있다. 다가이온과 상호작용(반응)하는 고체표면 상의 영역은 나노미터의 크기이다. 이러한 전자이동과정이 반복되면 물질 표면의 나노영역이 대전되고 반도체와 절연체에서는 표면원자의 스퍼터링현상이 나타난다.

○ 전하이동은 다가이온이 표면과 충돌하기 전부터 일어나며 다가이온의 운동에너지가 적어지면 충돌 전에 종료된다. 즉 다가이온과 반응하는 영역은 물질의 최표면층에 국한되며 입사된 다가이온은 중성화되어 대부분은 고체표면층에 머문다.

○ 다가이온 1개의 충돌로 내부에너지가 해방되는 결과로서 많은 원자가 스퍼터링되며 표면 상에 나노미터 영역의 구조가 개변되며 수십으로부터 수백 개의 2차전자가 생성된다. 다가이온의 표면반응은 나노미터 크기의 미세프로세스기술로 아주 유용하다. 다가이온 표면반응의 공간적 넓이는 다가이온의 원자가수에 따라 1~수㎚의 범위로 국한되므로 종래 사용되어 온 전자 빔이나 집속이온 빔(FIB)에 비해서 월등하게 가공정도가 우수하다.

○ 본고에서는 다가이온-고체표면 충돌을 이용한 나노기술에 대해 기술하고 있다. 즉 다가이온 조사 또는 복합프로세스에 의한 나노미터 크기의 구조(나노구조)를 표면에 생성시키는 연구, 다가이온을 나노미터 크기의 빔으로 가공하는 기술이나 반도체프로세스에서 이온주입을 이온 1개단위로 시행하는 단일 이온주입기술, 다가이온충돌에 의한 2차전자나 2차이온 방출을 표면의 미소부의 분석에 응용하는 연구 등 한 차원 높은 미세가공 기술 발전에 큰 도움을 줄 수 있는 자료로 사료된다.

저자: SAKURAI Makoto
자료유형: 학술정보