KR100347971B1 - 낮은 에너지 이온빔조사에 의한 폴리머 표면의 전기 전도성 및 기계적 물성향상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기적으로 부도체인 PPO(Poly Phenylene Oxide) 및 MPPO (Modified Poly Phenylene Oxide)등 폴리머 재료에 각종 원소의 이온을 조사하여 그 표면에 전기적 전도성과 기계적 경도 증가 등 물성이 향상되는 새로운 물질을 생성시킬 수 있도록 한 양산 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 수십 mA 이상의 대전류 이온을 발생시키는 이온원에서 50 - 100 keV 정도의 비교적 낮은 에너지로 가속된 이온들을 전기적 부도체인 PPO 및 MPPO 등 폴리머 재료에 창출된 장치를 이용, 진공 조사하여 표면 전기 저항을

Description

낮은 에너지 이온빔조사에 의한 폴리머 표면의 전기 전도성 및 기계적 물성향상 장치{Apparatus for improving mechanical property and electric conductivity of polymer surface by irradiation of low energy ion beam}

본 발명은 전기적으로 부도체인 PPO(Poly Phenylene Oxide) 및 MPPO (Modified Poly Phenylene Oxide)등 폴리머 재료에 각종 원소의 이온을 조사하여 그 표면에 전기적 전도성과 기계적 경도 증가 등 물성이 향상되는 새로운 물질을 생성시킬 수 있도록 한 양산 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 수십 mA 이상의 대전류 이온을 발생시키는 이온원에서 50 - 100 keV 정도의 비교적 낮은 에너지로 가속된 이온들을 전기적 부도체인 PPO 및 MPPO 등 폴리머 재료에 창출된 장치를 이용, 진공 조사하여 표면 전기 저항을 10⁶-에 이르는 광범위한 영역의 표면 전기 전도도를 갖도록 하는 양산용 이온빔 조사장치에 관한 것이다.

일반적으로 폴리머는 표면 전기 저항이이상인 부도체이고,각종 산업용 플라스틱류의 기본 원료인 유기 고분자 재료로서 탄소를 연결 고리로 한 수소,산소,질소,황,불소,염소 등의 단위체를 기본으로 하는 결합으로 이루어져 있으며, 일반적으로 변형 온도가 100 - 200℃ 정도로 내열성이 좋지 않으므로 높은 온도 분위기에서는 응용이 어렵다.

종래의 폴리머 재료에 대한 전기전도도 향상 방법은 두 가지로 나누어지는데,첫째는 물질 자체에 전도성을 갖게 하는 방법으로서 부도체인 폴리머에 전도성을 갖는 탄소,금속가루를 일정비율로 혼합한 후 성형 사출하는 방법으로,전도체의 배합 비율에 따라 표면 전도성을 향상시킬 수 있으나,혼합 및 사출 성형시 제작이 어렵고,금형이 쉽게 마모되며,또한 배합의 불균질성으로 표면에 균일한 전기 전도도의 제어가 어려우며 제품이 잘 깨지는,즉 취성이 약한 단점이 있었으며 이러한 방법으로 생산된 제품은 물질 자체가 혼합물이므로 재생하여 다시 사용하기 어려워 환경 공해의 문제점이 있었다.

둘째는 폴리머의 표면만을 처리하는 방법으로 진공 증착,PVD 등의 저온 플라즈마 코팅을 이용하는 방법으로 비교적 균일한 두께의 도체 층을 표면에 형성할 수는 있으나,이는 도체층과 폴리머 모재간의 부착성이 좋지 않은 문제로 지금까지 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

종래의 이와 같은 단점은 폴리머에 이온을 조사하는 새로운 방법을 도입함으로써 해결할 수 있으며 이 방법은 조사된 이온이 폴리머 분자들과 충돌 반응을 통하여 폴리머의 분자 결합 구조를 변화시킴으로 전기 전도성 및 기계적 경도 향상을 동시에 부여하는 방법이다.

이 방법의 특징은 폴리머 재료에 있어 주어진 위치,깊이,두께 영역에 있어 원하는 표면 전기 전도도를 생성할 수 있으며 표면 전기 전도도를 광범위한 범위에 대하여 균일한 전기 전도도를 갖도록 정밀하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라,개질되는 층의 두께 및 깊이는 가속된 이온 에너지에 따라 조절할 수 있다.

전기 전도도 및 경화에 관계되는 결합구조 변화량은 조사되는 이온의 조사량,즉 이온 갯수로 조절되므로, 이온빔 장치의 가속 전압과 이온빔 전류를 정밀하게 제어할 수 있어 정밀한 물성 조절이 가능하며,필요시 국부적으로 특정 부위만을 선별적으로 조사할 수도 있다.

또한 표면만 개질하므로 폐기 후에도 다시 녹여 재생 사용이 가능한 환경 친화적인 방법이다.

현재까지 이온빔 조사방법이 산업적으로 적용되지 못한 이유는 이온을 다량으로 발생시킬 수 있는 장치인 수 십 mA이상의 대전류 이온원이 가용하지 않았고, 또한 조사의 균질성을 유지하기 위한 집속력이 우수한 고휘도(Brightness) 이온빔 발생이 어려웠던 점,넓은 면적에 균일한 조사를 위한 이온빔 편향.주사 구성이 어렵다는 점,산업적으로 적용하기 위한 양산장치로서 장치의 단순화 설계 개념을 도입한 제작비용의 절감화가 이루어지지 못하였다는 점들 때문이다.

이러한 어려움은 대전류 이온빔 생산이 가능하면서도 집속력이 우수한 빔 인출 전극계를 갖도록 창출된 Duoplasamtron 이나 DuoPIGatron 대전류 이온원을 사용함으로써 가능하게 되었다.

종래의 이온 주입에 의한 폴리머의 표면 물성 향상 연구는 수 백 keV - 수 십 MeV의 높은 이온빔 에너지에서 대부분 수행되어 왔으며 특히,폴리머의 표면 경도 향상은 200keV 이상의 높은 에너지의 이온을 이용하는 방법이 미국 특허 US674840로 출원 되어있으나,이러한 높은 에너지의 이온빔 조사를 사용하는 방법은 상업적인 대량 생산이 어렵다.

그 이유는 첫째,높은 에너지의 이온빔을 이용한 양산 장치를 제작할 경우 추가 가속장치가 필요하여 장치가 복잡하고 매우 고가가 되며 둘째,내열성이 취약한 폴리머에는 적용이 어렵다는 점이다.

특히,폴리머에 수 십 mA의 대전류 이온빔 조사는 조사된 이온의 총 운동에너지가 열로 변환되며,이온빔 조사는 진공에서 이루어지므로 조사시 물체에 발생되는 열 소산 과정은 흑체 복사와 물체 지지대의 접촉면을 통해서 전도되는 무시할 만한 양의 열 방출만이 발생한다.

이 경우 폴리머에 축척되는 열량은 다음과 같은 관계식에서 유도할 수 있다.

Q = C ·m ·--------(1)

= V ·I ·t = e ·V ·N --------(2)

Q : 표적물에서 발생하는 총 열량

C : 표적물의 비열

m : 질량

: 조사 전후의 온도변화

V : 가속 전압

I : 이온빔 전류

t : 조사시간

e : 이온 전하량

N : 이온빔 조사 갯수

상기한 식(1)에서 각각의 폴리머 재료는 변형되는 온도(),비열(C),질량(m)이 정하여지면 변형 총 열량(Q)이 결정된다.

한편,식(2)에서 주입된 이온에 의해 발생하는 열량은 주입된 이온 갯수(N)와 에너지(eV)에 비례한다.

그러므로 폴리머 재료의 변형 열량 이하에서 주어진 표면 전기 전도도를 가지는 재료를 만들기 위해서는 주입할 이온 갯수(N)가 정하여져 있으므로,식(2)에따라 직접적으로 이온 에너지(eV)에 비례하므로 이온 조사로 인한 재료에 축적되는 열을 적게하기 위해서는 가능한 한 낮은 에너지 이온 조사가 양산에 유리하다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출한 것으로 부도체 폴리머(PPO,MPPO 등)로 제조된 완성 제품에 낮은 에너지(약 50 - 100keV)의 이온을 직접 조사하여 약 1μm 정도의 표면층 폴리머 분자 구조를 변형시켜서 전체 물성을 변화시키지 않고,오직 표면 전기 전도도와 기계적 경도를 동시에 향상시키는 대면적 조사,대량 처리가 가능한 낮은 에너지의 이온빔 조사 장치로서 정전기 방지용 플라스틱 제품과 전자파 차폐 전도성 폴리머 제품 등에 직접 적용할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 장치를 제공하기 위하여 조사되는 이온빔의 전류량,이온빔 에너지,시간 조절을 통하여 정밀하게 물성을 제어할 수 있으며 필요시 국부적 또는 부분적으로 폴리머의 표면 전기 전도도와 기계적 물성을 변형시키며 제어할 수 있는 점과 폴리머 재료의 최대 단점인 열 변형이 일어나지 않는 저온 처리가 가능하도록 온도 증가량을 정밀히 제어하고 대량 조사처리를 위하여 50mA 이상의 대전류 이온빔을 생성할 수 있으면서도,이온빔 집속도가 우수한 이온원을 개량 채택하여 넓은 면적을 갖는 제품에 균일한 조사가 가능하도록 하고 이온원으로만 이온을 인출과 동시에 가속하고,가속된 이온빔을 전기·자기장을 이용한 편향·주사(scan)장치를 채택하여 넓은 면적에 조사하는 극히 단순화된 이온빔 장치로서 가격경쟁력을 가지며 이온빔 조사의 균일성을 확보하기 위하여 표적계의 3차원 운동을 할 수 있도록 창출된 장치로서,입체적인 대면적 이온빔 조사와 국부적인 이온빔 선별 조사가 가능한 단순 구조를 갖는 양산용 이온빔 조사 장치를 제공할 수 있게 한 것이다.

도 1 은 본 발명으로 처리된 MPPO 폴리머의 낮은 에너지(50keV)의 질소이온빔 조사량과 표면 전기저항 관계도.

도 2 는 본 발명으로 처리된 MPPO 폴리머의 낮은 에너지(50keV)의 질소이온빔 조사량과 기계적 경도 관계도.

도 3 은 본 발명으로 폴리머 표면의 전기 전도성 향상을 위한 전용이온빔 조사 양산 장치 입면도.

도 4a,4b 는 본 발명 장치에 적용할 50mA이상의 대전류 이온빔을 생성이 가능한 대전류 이온원의 예시도(Duoplasmatron, DuoPIGatron).

도 5 는 전기적, 자기적으로 이원화된 2차원 이온빔 편향 및 주사 장치도.

도 6 은 직선운동과 회전운동이 가능한 3차원 표적계통도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) 장치 조정 제어계통 (2) 이온원 전원공급장치

(3) 대전류 이온원 (4) 전·자기 편향 주사 계통

(5) 진공게이트 밸브 (6) 이온빔 진단장치

(7) 표적(조사체) 이송 및 회전장치 (8) 조사체 고정장치

(9) 진공함 (10)진공 밸브

(11) 고 진공펌프 (12) 저 진공펌프

(13) 기체병 (14) 절연 변압기

(15) 필라멘트 (16) 전자석

(17) 양극 (18) 가속전극

(19) 감속전극 (20) 집속 전극

(21) 플라즈마 확장컵 (22) 중간전극

(23) 전자석 고정틀 (24) 전자석

(25) 절연 페라이트 (26) 전·자극

(27) 편향전극 전원 (28) 코일

(29) 이온빔 수송관 (30) 전자석 전원

(31) 표적계 회전운동 전달대 (32) 회전운동계

(33) 전실 (34) 표적 조사실

(35) 후실 (36) 전실 진공밸브

(37) 후실 진공밸브 (38) 전실 게이트밸브

(39) 후실 게이트밸브 (40) 표적물 인입구

(41) 표적물 배출구

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명으로 처리된 MPPO 폴리머의 낮은 에너지(50 keV)의 질소 이온빔 조사량과 표면 전기저항 관계도로서 이온 조사량은 10¹⁴~ 10¹⁶이온/cm²으로 넓은 범위에서 조절이 가능하며,이 범위는 MPPO 등 폴리머의 표면 전기전도도가 이온 조사량에 따라으로 급격히 변화하는 영역이다.

따라서 도 1 은 이온빔 조사량을 이온원에서 인출되는 이온 전류를 조절하여 조사함으로써 폴리머의 표면 전기전도도의 정밀한 제어가 가능함을 보여주는 실험 자료이다.

이러한 폴리머에 주입된 이온빔 효과를 구체적으로 설명하면,가속된 이온을 부도체인 폴리머에 조사하면 입사된 이온은 모재의 원자와 충돌 산란의 반복으로 정지 점까지 감속하면서 물질과 상호작용을 한다.

즉 입사된 이온은 모재를 이루는 분자들을 여기 또는 이온화하며,그 결과 분자의 원자간 결합 구조 파괴 및 재결합이 이루어진다.

폴리머의 밀도는 일반적으로 금속 및 무기 물질에 비해 작으므로 이온의 비정이 무기물에 비해 길어지며,비교적 낮은 에너지에서도 무기물에 비해 상당히 깊은 침투 효과가 있다.

이온빔의 투과깊이는 폴리머 분자 구조 변형을 발생시키는 영역이며,이는 수μm의 표면에 국한되며,매우 균일한 전도성 폴리머 층을 만든다.

또한 표면 전기전도도 향상은 질량이 큰 이온의 경우 더욱 효율적이며,이온으로는 보통 불활성 기체인 헬륨,질소,알곤,제논 등을 사용한다.

폴리머는 기본적으로 탄소-탄소간의 결합을 근간으로하는 결합구조에 다른 원자 또는 분자를 매개체로 하여 연결되어 있다.

이온 충돌 효과는 부차적으로 온도 상승 효과에 의한 모재의 변형,변성,분해 및 기체 방출 등이 일어나며,표면 전도성을 향상시키는 탄화(Carbonization) 현상은 이온 투과 영역에서 집중적으로 발생한다.

탄화 현상은 주입된 이온이 폴리머 분자와의 상호 작용으로 이러한 매개 분자를 방출시키고,탄소 원자끼리로만 이루어지는 재결합 현상을 말한다.

이때 폴리머에 입사된 이온은 분자 체인 근방에 존재하여 캐리어를 공급하므로서 폴리머 고분자 표면의 전기 전도도를 향상시키는 전기적 활성인 불순물로 작용한다.

그 결과 폴리머 표면 전도성이 수 백만 - 수억 배에 이르기까지 괄목할 만한 향상을 보여준다.

도 2 는 본 발명으로 처리된 MPPO 폴리머의 낮은 에너지(50keV)의 질소 이온빔 조사량과 기계적경도 관계도로서 폴리머 재료를 기계적으로 표면 경도가 매우 높은 새로운 물질로 변화됨을 보여준다.

이온 조사는 탄소,산소 등과 원자 충돌에 의한 원자 위치 변위와 열적 완화로 폴리머 막의 기계적,화학적,열적 성질을 향상시킨다.

이는 표면에 주입된 질소 이온과 폴리머 탄소간의 새로운 결합인 C-N 화합물의 형성 등 결합-재결합 과정중 폴리머간의 교차(Cross linking) 효과로써 표면 경화 요인으로 이해되고 있다.

도 3 은 본 발명으로 폴리머 표면의 전기 전도성 향상을 위한 전용 이온빔 조사 양산장치 입면도로서 본 발명 장치가 종래 반도체 이온주입기 등 이온빔 장치들과 다른 점은 첫째,기존 장치들은 이온전류가 10mA 이하가 보통이나,본 장치는 이온전류가 50-200mA 정도의 집속력이 우수한 대전류 이온원을 채택하고 있다는 점과 둘째,종래의 장치는 높은 에너지의 이온빔을 발생시키기 위하여 추가 가속장치, 질량분석장치 등이 있어 구조가 복잡하지만,본 장치는 낮은 에너지의 이온을 이용하므로 가속관,질량 분석장치가 필요 없는 양산 장치로써 이온원 자체의 인출 전원만으로 가속하는 매우 단순 장치라는 점 셋째 넓은 면적에 균일한 조사를 위하여 한 공간상에 전기장과 자기장을 동시에 발생하여 2차원 동시 주사가 가능토록 한 단순 이온빔 편향·주사 장치를 창출 채택하였다는 점 그리고 넷째,폴리머 조사체의 3차원 이온빔 조사를 위한 직선,회전운동이 가능한 표적계통을 창출한 점이다.

그리고 도 3 에 도시된 바와같이 본 발명 장치는 고 진공계통 및 장치 조종 제어계통(1),대전류 이온원(3),전·자기 편향 주사 계통(4),이온빔 조사 표적계통(8)의 단순 구조로 구성되어 있으며 그 작동은 장치 조종 제어계통(1)을 사용하여 원하는 기체를 기체병(13)에서 이온원(3)에 공급하면서,이온원 전원공급장치(2)를 조종하여 이온원(3) 내부에서 전기방전을 일으켜 고 밀도의 플라즈마를 발생시킨 다음 발생된 플라즈마에 높은 전압(50-100kV)를 인가하여 이온을 인출한다.

인출된 이온들이 주변의 전자들과 결합하는 중성화(Neutralization)를 최소화하며,넓은 면적의 표적에 균일하게 조사하기 위하여 이온원 바로 다음에 전·자장 이온빔 편향주사 장치(4)를 설치하여 이온빔을 수평,수직 2방향으로 동시에 주사시킨다.

주사된 넓은 면적의 이온빔은 표적물에 도달되며,표적물의 균일한 이온빔 조사를 위해 표적물을 표적(조사체) 이송 및 회전장치(7)로 연속적으로 조사 대상물품을 이송하며,이를 일정한 각도로 분각하는 회전장치(31)(32)로 회전시켜,주어진 각도로 균일하게 조사한다.

이온빔의 공간적 분포의 균일도는 소형 Faraday Cup을 활용한 이온빔 진단장치(6)를 사용 측정하여 이온빔의 2차원 평면에서의 분포가 균일해지도록 이온원(3)과 전,자기 편향 주사 계통(4)를 조종한다.

도 4a,4b 는 본 발명 장치에 적용할 50mA이상의 대전류 이온빔을 생성이 가능한 대전류 이온원의 예시도(Duoplasmatron, DuoPIGatron)로서 본 발명의 이온빔 조사장치에 채용되는 대전류 고휘도 빔 인출 특성을 갖는 Duoplasmatron 및 DuoPIGatron 이온원 설계도이다.

본 발명에서는 Duoplasmatron의 빔 인출계통을 개량하여 수십 mA의 대전류 이온빔 인출이 가능하면서도 집속도가 좋은 고휘도 빔을 인출할 수 있도록 빔 인출계를 창출하여 적용하였다.

즉 양극(17) 구멍을 통하여 나온 고밀도 플라즈마를 빔 인출이 용이하도록플라즈마 확장컵(21)에서 밀도를 저감시킨 후 여기에 원추형의 가속전극(18)이 이루는 접속형 전기장 구조를 통하여 인출된 이온빔이 가속 및 집속되어 접지전위에 위치한 감속전극(19)을 통과하도록 하였으며 플라즈마 확장컵(21)은 플라즈마-이온빔의 경계면 형상이 나오는 빔의 휘도를 결정하는 중요한 요소인데,본 발명의 장치에서는 이 경계면을 적시에 조절할 수 있도록 플라즈마 경계조절용 전극(20)을 두어 이곳에 적당한 전위를 인가함으로서 빔-플라즈마 경계면을 조절하여 항상 대전류 고휘도의 이온빔이 인출되도록 한 것이 특징이다.

본 발명에서 창출된 도 4b 의 DuoPIGatron은 종래의 구조와 유사하나 빔 인출계통은 즉 양극(17),가속전극(18) 및 감속전극(19)은 종래에는 다중 구멍을 갖는 빔 인출계통을 채용하고 있으나,본 발명에서는 이온빔 편향??조사에 적합하도록 슬릿(Slit)형 구조를 갖도록 변형하여 대전류의 선형 이온빔이 방출되도록 하여 수송 도중 이온의 손실을 줄이고 표적에 균일한 이온빔이 조사되도록 하였다.

도 5 는 전기적,자기적으로 이원화된 2차원 이온빔 편향 및 주사 장치도로서 전기장과 자기장을 한 공간상에서 발생시켜 이온빔을 동시에 수평,수직방향으로 편향 주사할 수 있도록 작용하는 전·자기 합성(Hybrid)형 2차원 이온빔 편향주사 장치의 원리도이다.

수 십 mA급의 대 전류 이온빔은 빔을 구성하는 이온들간에 그 자체에서 발생하는 전기적인 척력,즉 공간 전하 효과(Space Charge Effect)로 인하여 발산효과가 매우 크며 빔이 발산하면 공간적으로 불균일하게 되고 제어하기가 어려워 표적에 균일하게 조사시키기가 어렵다.

따라서 이러한 대 전류 이온빔의 공간전하효과에 의한 발산을 최소화하려면 이온이 발산하기 전에 빔을 주사시켜 넓은 공간에 퍼지게 함으로서 공간전하 효과를 감소시키는 것이 필요하다.

따라서 본 발명에서는 이온원 바로 다음에 편향주사장치를 설치함으로서 주사 전 이온빔의 통과거리를 가능한 최소화함으로써 이온의 발산과 중성화를 줄이도록 하는 것에 큰 특징이 있으며 일반적으로 하전입자 빔 주사 계는 전기장 또는 자기장을 사용한 독자적인 2극 주사장치를 수평,수직방향에 독립적으로 설치하여 운영하는 것이 보통이나, 이 경우에는 수평,수직방향의 주사가 완료될 때까지 이온빔의 이동하는 경로가 길어지고 2번째 주사 계의 크기가 커지는 단점이 있다.

본 발명에서는 전극과 자극이 공유된 전·자극(26)에 편향전극 전원(27)에서 톱니파 교류 전압을 인가하면 수직방향의 교류 전기장이 발생하고 이에 따라 이온빔은 수직방향으로 주사된다.

또한 전자석 전원(30)에서 톱니 파 교류전류를 발생시켜 여자코일(28)을 여기하면 강자성체로 만들어진 자기회로(24)를 통하여 자기장이 두 극(26) 사이에 발생하게 되고 이에 의하여 이온은 수평 방향으로 주사된다.

두 극(26)을 전기적으로 절연하기 위하여 투자율이 크면서도 전기저항이 높은 절연 페라이트(25)를 사용한다.

도 6 은 직선운동과 회전운동이 가능한 3차원 표적계통도로서 각종 판형 폴리머 제품을 대량으로 조사 처리하기 위한 표적 계통의 구성도이다.

진공함은 전실(33),표적조사실(34),후실(35)로 구성되어 있으며,조사실에는다양한 형태의 제품에 균일한 조사를 하기 위하여 표적물의 회전(31)(32) 및 직선 운동(7)이 가능하도록 창출되었으며 작동 방법은 전실에 제품을 설치하고 전실 진공 밸브(36)를 이용하여 진공시킨 후 다음 전실 게이트밸브(38)를 열어 제품을 표적 조사실(34)로 이송한 후 회전,직선 운동 계를 사용하여 이온빔이 적당한 량에 도달할 때까지 조사한다.

그리고 후실 쪽 게이트밸브(39)를 열어 후실로 이동한 후 다시 표적물 배출구(41)를 열어 제품을 진공 밖으로 내보내게 함으로써,대기와 고 진공 계통을 연결하면서 효율적인 연속 공정으로 대량처리가 가능하도록 하였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

그러므로 본 발명은 대량 조사처리를 위하여 50 mA 이상의 대전류 이온빔을 생성할 수 있으면서도, 이온빔 집속도가 우수한 이온원을 개량 채택하여 넓은 면적을 갖는 제품에 균일한 조사가 가능하고 이온원으로만 이온을 인출과 동시에 가속하고, 가속된 이온빔을 전기·자기장을 이용한 편향·주사(scan) 장치를 채택하여 넓은 면적에 조사하는 극히 단순화된 이온빔 장치로서 가격경쟁력을 가지며 이온빔 조사의 균일성을 확보하기 위하여 표적계의 3차원 운동을 할 수 있도록 창출된 장치로서, 입체적인 대면적 이온빔 조사와 국부적인 이온빔 선별 조사가 가능한 양산용 이온빔 조사 장치로 조사되는 이온빔의 전류량,이온빔 에너지,시간조절을 통하여 폴리머 재료의 최대 단점인 열변형이 발생하지 않는 저온처리가 가능하도록 온도 증가량을 정밀하게 제어할 수 있게 하여 정전기 방지용 플라스틱 제품과 전자파 차폐 전도성 폴리머 제품에 직접 적용이 가능한 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 장치 조종 제어계통(1)을 사용하여 기체병(13)에서 대전류 이온원(3)에 공급하고,이온원 전원공급장치(2)를 조종하여 대전류 이온원(3) 내부에서 전기방전을 일으켜 고 밀도의 플라즈마를 발생시켜 높은 전압(50-100kV)를 인가시키고 대전류 이온원(3) 다음에 전,자기 편향주사 계통(4)를 설치하여 이온빔을 수평,수직 2방향으로 동시에 주사시키며 표적물을 표적(조사체) 이송 및 회전장치(7)로 연속적으로 조사 대상물품을 이송하며,회전장치(31)(32)로 회전시켜 주어진 각도로 균일하게 조사하고 이온빔 진단장치(6)를 사용,측정하여 이온빔의 2차원 평면에서의 분포가균일해지도록 대전류 이온원(3)과 전,자기 편향 주사 계통(4)를 조종하는 것을 특징으로 하는 낮은 에너지 이온빔조사에 의한 폴리머 표면의 전기 전도성 및 기계적 물성향상 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   양극(17) 구멍을 통하여 나온 고밀도 플라즈마를 빔 인출이 용이하도록 플라즈마 확장컵(21)에서 밀도를 저감시킨 후 여기에 원추형의 가속전극(18)이 이루는 접속형 전기장 구조를 통하여 인출된 이온빔이 가속 및 집속되어 접지전위에 위치한 감속전극(19)을 통과하도록 하고 플라즈마 확장컵(21)은 경계면을 적시에 조절할 수 있도록 플라즈마 집속 전극(20)을 두어 이곳에 적당한 전위를 인가함으로서 빔-플라즈마 경계면을 조절하여 대전류 고휘도의 이온빔 인출이 가능한 것을 특징으로 하는 낮은 에너지 이온빔조사에 의한 폴리머 표면의 전기 전도성 및 기계적 물성향상 장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   빔 인출계통 즉 양극(17),가속전극(18) 및 감속전극(19)을 이온빔 편향,조사에 적합하도록 슬릿(Slit)형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 낮은 에너지 이온빔조사에 의한 폴리머 표면의 전기 전도성 및 기계적 물성향상 장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   대전류 이온원(3)의 후단에 전,자기 편향 주사 계통(4)을 설치하여 대전류 이온빔의 중성화를 최소화하고 넓은 면적의 2차원 균일 조사가 가능한 것을 특징으로 하는 낮은 에너지 이온빔조사에 의한 폴리머 표면의 전기 전도성 및 기계적 물성향상 장치.
10. 제 6 항에 있어서,

    전실에 제품을 설치하고 전실 진공 밸브(36)를 이용하여 진공시킨 후 다음 전실 게이트밸브(38)를 열어 제품을 표적 조사실(34)로 이송한 후 회전,직선 운동 계를 사용하여 이온빔이 적당한 량에 도달할 때까지 조사하고 후실 쪽 게이트밸브(39)를 열어 후실로 이동한 후 다시 표적물 배출구(41)를 열어 제품을 진공 밖으로 내보내게 하여 이온빔 조사의 균일성과 3차원적 이온빔 조사를 위한 표적의 직선 및 회전 운동이 가능한 것을 특징으로 하는 낮은 에너지 이온빔조사에 의한 폴리머 표면의 전기 전도성 및 기계적 물성향상 장치.
11. 제 6 항에 있어서,

    양면 동시조사 및 다수개의 이온원을 장착할 수 있는 것을 특징으로 하는 낮은 에너지 이온빔조사에 의한 폴리머 표면의 전기 전도성 및 기계적 물성향상 장치.