표면 분석에서 분석 스테이지(Analytical Stages) 사용

 

초고진공(UHV) 시스템은 외부로부터의 모든 침입을 방지하도록 세심하게 설계되었습니다. 따라서 UHV 시스템 내의 샘플은 단순히 내부에 접근하는 것만으로는 스위치를 끄거나 회전하거나 이동할 수 없습니다.

대신, 샘플 조작, 배치 및 준비 작업은 분석 스테이지에서 수행됩니다.

표면 분석에서 UHV 시스템의 중요성
표면을 정확하게 분석하려면 표면이 원자적으로 깨끗해야 합니다. 이는 일반적인 의미(고체 및 액체 오염이 없음)의 '깨끗함'을 의미하는 것이 아니라 매우 얇은 층으로 표면에 흡착되는 가스 및 증기 분자가 전혀 없음을 의미합니다.

이러한 청결 조건은 압력이 10^-5~10^-10 Pa.[1],[2]인 초고진공(UHV) 환경에서만 달성할 수 있습니다.

UHV 기술은 표면 분석에 필수적입니다. 10^-1 ~ 10^-5 Pa 범위의 '표준' 고진공(HV) 조건에서 분자 두께의 잔류 가스 층이 단 몇 초 만에 표면을 완전히 덮을 수 있습니다. 그러나 UHV 압력에서는 동일한 일이 발생하는 데 며칠이 걸립니다.

저에너지 전자 회절(LEED), 오거 전자 분광법(AES), X선 광전자 분광법(XPS) 및 2차 이온 질량 분석법(SIMS)과 같은 표면 분석 기술은 광자, 전자 및 이온 빔을 허용하는 UHV 환경에 의존합니다. 측정을 위해 자유롭게 전송됩니다.

표면 분석을 위한 분석 스테이지
분석 스테이지는 UHV 시스템 내부의 샘플을 조작하는 역할을 담당합니다. 샘플의 정확한 위치 지정 외에도 분석 스테이지는 가열, 냉각 및 잠재적 바이어싱을 포함한 추가 기능을 제공할 수 있습니다.

표면 과학은 원자에 가까운 길이 규모에서 발생하는 과정과 현상에 대한 연구를 포함하며, 이로 인해 분석 스테이지에 대한 요구가 높아집니다.[3],[4]

표면 과학 응용을 위한 분석 스테이지는 높은 수준의 안정성을 제공할 뿐만 아니라 정밀하고 다양한 위치 지정이 가능해야 합니다.

많은 표면 기술에는 분석 단계도 필요하며 온도 제어도 필요합니다. 예를 들어, '저온 단계' 기술은 휘발성 시료나 실온에서 고체가 아닌 시료를 연구하기 위해 낮은 온도가 필요합니다.

반대로 가열된 분석 단계를 사용하여 시료 표면에서 화학종을 탈착할 수도 있습니다.[4],[5]

MultiCentre 분석 스테이지
MultiCentre 분석 스테이지는 UHV 표면 분석 응용 분야의 엄격한 요구 사항을 충족하기 위해 특별히 개발되었습니다.

3개의 선형 축과 2개의 회전 축(극 및 방위각)에 걸쳐 정확하고 안정적인 위치 지정을 제공하는 이러한 구성 가능한 분석 스테이지에는 연속 방위각 회전을 제공하는 고유한 기능도 있습니다.

MultiCentre 분석 스테이지는 모터화, 샘플 바이어싱 및 가열/냉각을 포함하도록 수정될 수 있습니다. MultiCentre 스테이지는 전자빔 또는 저항 가열을 통해 최대 1200°C까지 가열할 수 있으며 액체 헬륨 또는 액체 질소 냉각 시스템을 통해 30K 미만으로 냉각할 수 있습니다.

MultiCentre Analytical Stages

References

1. The Fundamentals of High, Ultra & Extreme High Vacuum.
2. What is UHV - Orsay Physics.
3. Ebnesajjad, S. Surface and Material Characterization Techniques. in Surface Treatment of Materials for Adhesive Bonding 39–75 (Elsevier, 2014). doi:10.1016/B978-0-323-26435-8.00004-6.
4. O’Connor, D. J., Sexton, B. A. & Smart, R. S. C. Surface Analysis Methods in Materials Science. (Springer Science & Business Media, 2013).
5. Urquhart, A. J. & Alexander, M. R. Characterisation using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and secondary ion mass spectrometry (SIMS). in Tissue Engineering Using Ceramics and Polymers 175–203 (Elsevier, 2007). doi:10.1533/9781845693817.1.176.