KR0143505B1 - 주사형 터널링 현미경에서의 일체화된 밑판의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주사형 터널링 현미경(scanning tunneling microscope)에서의 밑판(baseplate)의 구조에 관한 것으로 더 상세하게는 현미경 밑판을 제조함에 있어서 자석이나 구리블록 등 댐핑(damping)용 부품을 고정할 마운트를 밑판과 일체화하여 하나의 구조물로 제작하되 밑판 블록의 내부나 벽면의 일부를 깎아내어 다른 용도로 사용할 공간을 확보하고 진동공진 주파수를 높인 것으로 자석이나 구리블록 등 댐핑 부품을 고정할 마운트를 밑판과 일체화하여 하나의 밑판 구조물로 제작하되 밑판 블록의 내부나 벽면의 일부를 깎아내서, 다른 용도로 사용할 공간을 확보하고 진동 공진 주파수를 높은 것을 특징으로 하는 주사형 터널링 현미경에서의 일체화된 밑판의 구조.

Description

주사형 터널링 현미경에서의 일체화된 밑판의 구조

제1도는 본 발명의 구조도.

본 발명은 주사형 터널링 현미경에서의 일체화된 밑판의 구조에 관한 것으로, 특히 주사형 터널링 현미경(scanning tunneling microscope)에서의 밑판(baseplate)을 제조함에 있어서 자석이나 구리블록 등 댐핑(dampine)용 부품을 고정할 고정대를 밑판과 일체화하여 하나의 구조물로 제작하되 밑판 블록의 내부나 벽면의 일부를 깎아 내어 인치웜과 같은 미세이동장치의 고정과 같은 다른 용도로 사용될 공간을 확보하며, 확보된 공간에 의하여 진동 공진 모드를 여러개의 부분적 진동 모드로 분산시키고 경계조건이 다른 여러 지역에 가두도록 하여 진동공진 주파수를 높이고 진동의 크기를 감쇄시킨 일체형 밑판에 관한 것이다.

기존의 주사형 터널링 현미경 밑판은 단순한 평판들을 여러 개의 볼트로 연결시켜 사용하여 부품수가 많고, 기계적으로 약하며, 진동에도 민감하고, 표면적이 넓어서 결국 초고진공 실험에 약점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 주사형 터널링 현미경 밑판을 단순한 평판이 아니라 입체적인 구조물의 형태로 설계하여 진동에 대해서 저항성이 강한 밑판을 창출한 것이다.

주사형 터널링 현미경은 개별 원자의 위치를 측정할 수 있어야 하므로 주사기(Scanner)와 시료의 거리가 항상 일정해야 하며 만약 그 거리가 0.1Å 만 변하더라도 그 결과에 나쁜 영향을 미친다.

밑판은 주사형 터널링 현미경으로 관찰하려는 시료와 3차원 주사기를 단단하게 지지하는 역할을 하며, 밑판은 다시 외부의 진동차단을 위해 용수철에 의해 매달려진다.

외부의 진동이 있을 경우 용수철과 감쇄장치가 이를 차단해 주지만 극히 일부의 진동은 이를 뚫고 넘어와서 밑판을 진동시킨다.

만약 밑판에 수 Å 수준의 약한 진동이 생기면 그 위에 놓인 주사기와 시료의 거리가 영향을 받게되고 결국 주사형 터널링 현미경의 성능을 떨어뜨린다.

밑판을 단순한 평판으로 만들 경우 외부의 약한 진동에 따라 밑판 자체에 출렁이는 진동이 생긴다.

이때 이 진동 모드(Flexural mode)의 가장 기본 모드는 밑판의 길이와 폭을 반 파장으로 하는 진동 모드이며 그 공진 주파수는 매우 낮고 진폭은 크다.

그러나 만약 테두리가 자유롭지 않고 고정이 되어 있다면 출렁이는 진동 모드는 매우 제한이 되고 그 공진 주파수는 테두리가 고정되지 않을 때보다 훨씬 높아지며 진폭은 매우 작아진다.

즉, 테두리가 고정된 밑판은 매우 견고해지는 효과를 가져온다.

[참고문헌]

(1)P.M Morse K.U. Ingard, Theoretical Acoustics, pp 213-218. McGraw-Hill, New York (1968)

(2)L.E. Kinsler, A.R.Frey, A.B. Coppens, and J.V. Sanders, Fundamentals of Acoustics, pp. 78-95. Wiley Sons, New Yowk)

본 발명자들이 개발한 입체화된 밑판은 가장 기본 진동 공진 모드(Fundamental flexural mode)의 공진 주파수(Resonance frequency)를 높이기 위해 밑판의 테두리를 고정시키는 것과 같은 효과를 가지도록 하였다.

이를 위하여 밑판의 제작 시 여러 개의 부품을 조립하지 않고 두꺼운 스테인레스 재료의 내부를 파내어 가공하였다.

이때 밑판의 테두리는 두꺼운 벽에 연결되어 있으므로 고정되어 있는 것과 같은 효과로 출렁이는 진동모드가 발생되기 어렵고 공진주파수는 높아지고 진폭은 작아져서 결과적으로 견고해진다.

한편 밑판 중앙의 두께가 균일하다면 발생된 진동은 음파의 형태로 진행한 후 다시 반사되며 이 조건에 따라 공진 주파수가 결정된다.

그러나 만약 밑판 중앙의 두께가 불균일하여 갑작스런 변화가 있으면 그 경계에서 일부의 음파는 반사하여 새로운 진동모드를 발생시킨다.

이 때는 반사되는 시간이 빠르고 거리가 짧으므로 더 높은 공진 주파수가 되며 진폭은 더욱 작아진다.

이 때 이들을 발생시키는 에너지원은 외부의 진동이므로 같은 에너지로 낮은 공진 주파수의 단일 모드를 발생시키는 것보다 높은 공진 주파수들을 가지는 여러개의 진동 모드들을 발생시키면 각 모드에 할당되는 에너지도 작아지고 밑판의 흔들림의 크기는 더욱 효과적으로 줄어든다.

즉, 이 때는 외부의 충격에 의해 생기는 진공 공진 모드를 여러 개의 부분적 진동 모드로 분산시키고 경계조건이 다른 여러 지역에 가두게 된다.

그 결과 여러 개의 공진 주파수들은 단순 평판의 기본 공진 주파수에 비해 높아지며 진동의 크기들은 작아져서 전체적으로 밑판이 진동에 대해서 더욱 견고해지는 효과를 가져온다.

이렇게 하여 제작된 주사형 터널링 현미경은 0.1 Å 보다 좋은 분해능을 달성하였으며 선명한 원자들의 위치를 제공한다.

이하 발명의 요지를 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 구조도로서 밑판의 저면도, 평면도, 측면도를 도시하고 있는데, 측면도 및 저면도에서 보이는 바와 같이 밑판의 일측면에는 자석이나 구리블록 등 댐핑(dampine)용 부품을 고정할 고정대를 밑판의 측면에 다수개 형성시키고, 밑판 블록의 저면부쪽은 일부를 깎아 내어 개방시켜 윈치웜과 같은 미세 이동장치를 고정할 수 있는 용도로 사용할 공간을 확보함과 동시에 확보된 공간에 의하여 진동 공진 모드를 여러 개의 부분적 진동 모드로 분산시키고 경계조건이 다른 여러 지역에 가두도록 하여 진동공진 주파수를 높이고 진동의 크기를 감쇄시킨 일체형 구조로 되어 있다.

상기에서 밑판의 측면인 테두리는 저면도에서 보이는 바와 같이 일정두께를 가지고 있어서 테두리를 고정하는 효과를 가져와서 밑판의 진동의 공진주파수를 높이고 진폭을 줄여 견고하게 된다.

또한 타측면에 댐핑을 위한 자석 등을 고정할 수 있고 한가운데 파인 밑부분인 저면부쪽 공간에는 인치웜(Inchworm)과 같은 미세 이동장치를 고정할 수 있다.

따라서 상기 고정장치들을 별도로 만들어 조립하는 것보다 일체형으로 됨으로 인해서 조립이 쉽고 빨라진다.

또한 일체형으로 되어 있어서 진공중에서의 가스를 방출하는 표면적이 줄어들어서 초고진공 중에서의 사용에 유리하다.

그리고 밑판의 형상이 평판으로 된 것보다 훨씬 견고하고 외부의 진동에 강해지는 등 보다 성능 좋은 주사형 터널링 현미경에 실용화시킬 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 주사형 터널링 현미경의 밑판에 있어서, 자석이나 구리블록 등 댐핑(damping)용 부품을 고정할 고정대를 밑판의 측면에 다수개 형성시키고, 밑판 블록의 저면부쪽은 일부를 깎아 내어 윈치웜과 같은 미세이동장치를 고정할 수 있는 용도로 사용할 공간을 확보함과 동시에 확보된 공간에 의하여 진동 공진 모드를 여러 개의 부분적 진동 모드로 분산시키고 경계조건이 다른 여러 지역에 가두도록 하여 진동공진 주파수를 높이고 진동의 크기를 감쇄시킨 일체형 구조를 특징으로 하는 주사형 터널링 현미경에서의 일체화된 밑판의 구조.