KR100983883B1 - 주사탐침열현미경을 이용한 열물리량계측방법 - Google Patents

주사탐침열현미경을 이용한 열물리량계측방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노스케일(nano scale)의 해상력을 가지고 시편을 주사(scanning)하여 시편의 열적 특성 등을 이미지로 나타내는 주사탐침열현미경에 관한 것으로서, 특히 주사탐침열현미경을 이용한 열물리량계측방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 주사탐침열현미경의 탐침을 시편에 접촉시킨 상태에서 상기 시편을 주사하여 상기 시편의 열물리량(접촉모드 열물리량)을 계측하고, 주사탐침열현미경의 탐침을 시편과 이격시킨 상태에서 상기 시편을 주사하여 상기 시편의 열물리량(리프트모드 열물리량)를 계측하는 열물리량 계측단계와; 상기 접촉모드 열물리량과 상기 리프트모드 열물리량의 비교에 의해, 정량적 열물리량을 획득하는 정량적 열물리량 획득단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사탐침열현미경을 이용한 열물리량 계측방법을 제시함으로써, 정량적으로 열물리량을 계측할 수 있다.
주사탐침열현미경, 탐침, 열물리량

Description

주사탐침열현미경을 이용한 열물리량계측방법{Method for measuring thermophyscal properties using scanning thermal microscope(SThM)}
본 발명은 나노스케일(nano scale)의 해상력을 가지고 시편을 주사(scanning)하여 시편의 열적 특성 등을 이미지로 나타내는 주사탐침열현미경에 관한 것으로서, 특히 주사탐침열현미경을 이용한 열물리량계측방법에 관한 것이다.
나노공학의 급속한 발전과 함께 다양한 나노재료, 나노소자들이 빠르게 개발되고 있다.열역학 2 법칙에 따라 나노소자의 동작은 필연적으로 열을 발생시키게 되며 나노재료의 에너지 전달 특성은 종종 벌크(bulk) 재료와 다른 특성을 나타낸다. 따라서 나노스케일의 열현상 계측은 나노재료의 특성 및 나노소자의 동작분석에 있어서 매우 중요하다. 이러한 중요성 때문에 마이크로 및 나노스케일에서의 열현상을 실험적으로 분석할 수 있는 도구인 주사탐침열현미경(Scanning Thermal Microscope, SThM)의 개발 및 이의 활용에 관한 연구가 활발히 진행되어왔다.
주사탐침열현미경은 마이크로 및 나노스케일의 온도 등의 열물리량 분포를 현재 알려진 방법 중 가장 높은 해상도로 계측할 수 있는 도구이다. 주사탐침열현 미경은 그 첨단(tip)에 온도센서가 장치된 탐침(probe)의 첨단을 시편 표면에 접촉한 상태로 주사(scan)하여 시편 표면의 온도 분포를 측정하는 장치이다. 이때 탐침 첨단의
온도센서와 시편 표면의 접촉력은 원자력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)에 탐침을 장착하여 정밀하게 제어된다.
Shi 등은 전기적으로 가열된 다중벽 탄소나노튜브(Multi-wall Carbon Nanotube, MWCNT) 주변의 온도를 계측함으로써 주사탐침열현미경의 공간적 해상도가 100 nm 보다 높음을 실험적으로 입증하였다. 또한 Rho 등은 주사탐침열현미경의 열전탐침(Thermoelectric probe)의 첨단을 시편 표면과 접촉시키고 탐침 첨단의 나노 열전쌍(Thermo-couple junction)을 교류전류로 가열하면서 동시에 열전쌍의 온도 진폭을 계측함으로써 시편의 국소 열물리량을 이미지화할 수 있음을 실험적으로
보였다.
하지만, 주사탐침열현미경의 높은 공간적 해상도에도 불구하고 정량적 계측이 어렵기 때문에 그 유용성이 제한되고 있다. 주사탐침열현미경을 사용하여 어떻게 정량적으로 국소 온도를 계측할 것인가하는 문제는 주사탐침열현미경에 관한 연구에 있어서 가장 중요하면서도 어려운 문제이다.
Luo 등은 탐침 첨단이 시편 표면에 접촉했을 때 접촉점을 통해 시편으로부터 전달된 열은 첨단을 지나 탐침의 캔틸레버 (cantilever)를 통해 캔틸레버 기저(base)로 순차적으로 전달된다고 가정하였다. 이러한 가정하에 탐침 첨단에 위치한 열전쌍의 온도를 저항 네트워크 모델(resistance network model)을 사용하여 시 편의 온도를 정량적으로 예측할 수 있을 것으로 생각했다.
그러나 Shi 등의 실험결과에 따르면 단순한 저항 네트워크 모델로는 시편 온도의 정량적인 예측이 곤란함을 알 수 있다. 우선 시편의 온도가 같다고 해도 시편의 크기가 탐침의 첨단에 비해서 상대적으로 커지면 첨단에 위치한 열전쌍으로 계측된 열전전압이 더 크게 계측되었다. 또한 주사탐침열현미경의 탐침의 첨단에 위치한 열전쌍으로부터 얻어진 열전신호 분포에 환산계수를 곱하거나 적절한 상수를 더해주는 방법으로는 실제 시편의 온도 분포를 구할 수 없음을 실험적으로 보여주었다.
이들은 실험과 모델링을 통해서 주사탐침열현미경을 사용하는 경우 정량적 계측이 어려운 이유는 시편으로부터 탐침의 첨단에 위치한 온도센서로의 열전달이 탐침 첨단과 시편 표면 사이의 고체접촉 및 액막을 통해서뿐만 아니라 탐침과 시편
사이의 공기를 통해서도 상당한 열이 전달되기 때문임을 설명하였다.
고체 접촉과 액막, 즉 시편 표면과 탐침첨단의 접촉점을 통한 열전달은 시편의 온도 및 열물리량을 높은 해상도로 계측할 수 있게 해준다. 그러나 공기를 통한 열전달량은 접촉점에 비해 월등히 넓은 영역인 캔틸레버를 통하여 탐침 첨단의 온도센서에 영향을 주기 때문에 상대적으로 접촉점을 통한 열전달량보다 큰 열량을 전달하며 따라서 정량적 측정을 하는데 많은 어려움을 야기시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공기 중에서도 공기를 통한 열전달의 영향을 제거하면서 동시에 높은 공간적 해상도를 가능하게 하는 액막을 통한 열전달을 계측함으로써 정량적으로 시편의 온도를 계측할
수 있는 주사탐침열현미경을 이용한 열물리량계측방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 주사탐침열현미경의 탐침을 시편에 접촉시킨 상태에서 상기 시편을 주사하여 상기 시편의 열물리량(접촉모드 열물리량)을 계측하고, 주사탐침열현미경의 탐침을 시편과 이격시킨 상태에서 상기 시편을 주사하여 상기 시편의 열물리량(리프트모드 열물리량)를 계측하는 열물리량 계측단계와; 상기 접촉모드 열물리량과 상기 리프트모드 열물리량의 비교에 의해, 정량적 열물리량을 획득하는 정량적 열물리량 획득단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사탐침열현미경을 이용한 열물리량 계측방법을 제시한다.
상기 정량적 열물리량은 다음과 같은 시편의 온도분포 식,Tsub(x)에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
Figure 112008031799472-pat00001
여기서, Tc는 접촉모드 온도이고, Tl은 리프트모드 온도이고,
Figure 112008031799472-pat00002
는 무차원 상수이고, x는 시편의 국소 지점이다.
상기 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00003
는, 다음과 같은 식에 의해 실험적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
Figure 112008031799472-pat00004
여기서, Tsub는 열저항계수(TCR)로 계측한 실험시편의 온도이고, Tc는 상기 실험시편을 이용한 접촉모드 온도이고, Tl은 상기 실험시편을 이용한 리프트모드 온도이고, x는 상기 실험 시편의 국소 지점이다.
본 발명은 접촉모드 열물리량과 리프트모드 열물리량 차이에 의해 공기의 영향이 제거된 열물리량을 획득할 수 있기 때문에 정량적으로 시편의 온도를 계측할 수 있어 계측 결과의 신뢰도가 상당히 향상될 수 있는 이점을 가질 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 열물리량계측방법에 이용되는 주사탐침열현미경은 도 1에 도시된 바와 같이, 캔틸레버(12) 및 상기 캔틸레버(12)로부터 돌출된 팁(14)으로 구성되고, 시편(20)의 열물리량을 계측할 수 있는 열전쌍(16)을 갖는 탐침(10)을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 주사탐침열미경을 이용한 본발명에 따른 열물리량 계측방법을, 우선 정성적으로 물리적 직관을 통해서 간단히 설명하면 다음과 같다.
우선 주사탐침열현미경의 탐침(10)을 접촉모드(Contact Mode)로 시편(20) 표면에 주사하여 시편(20) 표면의 형상 신호와 온도 신호를 동시에 측정한다. 이때 얻어진 온도신호는 도 2에 도식적으로 나타낸 것처럼 시편(20)과 탐침(10) 첨단(10A) 사이의 접점을 통한 열전달 및 공기와 캔틸레버(12)를 통한 열전달에 의하여 발생된 신호이다.
다음 탐침(10)을 리프트모드(Lift Mode)를 사용하여 시편(20)의 동일 구간을 주사한다. 리프트모드란 주사탐침열현미경의 탐침(10)을 접촉모드로 주사하여 얻은 표면 형상 정보를 사용하여 표면에서 일정한 높이로 탐침(10) 첨단(10A)을 시편(20)과 비접촉된 상태에서 동일한 구간을 주사하는 방식이다. 이때 얻어진 온도신호는 시편(20)과 탐침(10)첨단(10A) 사이의 접점을 통한 열전달이 없으므로 공기와 캔틸레버(12)를 통과한 열전달에 의하여만 발생된 신호이다.
이제 접촉모드에서 얻어진 신호와 리프트모드에서 얻어진 신호의 차이는 시편(20)과 탐침(10) 첨단(10A) 사이의 접점을 통한 열전달만에 의한 온도신호이며, 따라서 공기의 영향이 제거된 신호이다. 이렇게 공기의 영향이 제거된 신호를 사용하면 시편(20)의 온도분포를 정량적으로 엄밀하게 계측할 수 있게 된다.
본 방법 원리를 좀 더 엄밀하고 정량적으로 설명하기 위하여 접촉모드를 사용하여 얻어지는 온도 신호와 리프트모드로부터 얻어지는 신호, 그리고 두 신호의 차이를 시편(20)과 탐침(10) 사이의 열전달 현상에 대한 지배 방정식을 사용하여 분석한다
접촉모드의 경우 탐침(10) 내부의 열전달 현상을 나타내는 1 차원 지배 방정식은 수학식 1과 같다.
Figure 112008031799472-pat00005
여기서 Tc 는 접촉모드의 탐침(10) 내부의 온도를 의미하며, Ai 는 탐침(10)의 임의의 위치에서 탐침(10)을 이루는 각 재료의 단면적을 의미하며 ki 는 각 재료의 열전도도이다. 그리고 p 는 탐침(10) 단면의 둘레이고, heff 는 탐침(10)의 임의의 위치에서 탐침(10)과 시편(20) 사이의 공기 열전달 계수를 의미하며 Tsub 는 시편(20)의 온도를 의미한다.
수학식 1에서 온도, Tc 는 대기 온도를 기준으로 한 값이다. 탐침(10)의 실리콘 몸체와 접하는 켄틸레버 기부의 온도는 실리콘 몸체와 동일한 대기온도로 가정하였다. 따라서 본 방정식의 경계조건은 수학식 2와 같다.
Figure 112008031799472-pat00006
여기서 Qts 는 첨단(10A)-시편(20)의 접촉점을 통한 열유속(heat flux)을 의미하며, Gts 는 첨단(10A)-시편(20)의 전도력(conductance)을 의미한다.
리프트모드로 시편(20)의 온도 분포를 계측하는 경우 탐침(10) 내부의 열전달 현상을 나타내는 1 차원지배 방정식은 수학식 3과 같다.
Figure 112008031799472-pat00007
여기서 Tl 는 리프트모드인 경우의 탐침(10)의 온도를 의미한다. 이 경우에 첨단(10A)과 시편(20)이 떨어져 있으므로 첨단(10A)-시편(20)의 접촉점을 통한 열유속은 무시할 수 있다. 따라서 본 방정식의 경계조건은 수학식 4와 같다.
Figure 112008031799472-pat00008
이제 접촉모드에서 얻어진 신호와 리프트모드에서 얻어진 신호의 차이에 대한 지배방정식은 위의 두 방정식의 차이로부터 구할 수 있으며 수학식 5와 같다.
Figure 112008031799472-pat00009
여기서 Tcl 는 접촉모드의 탐침(10) 온도에서 리프트모드의 탐침(10) 온도를 뺀 값을 의미한다. 이 식의 경계조건 역시 위의 두 식의 경계조건의 차이에서 구할 수 있으며 그 경계조건은 수학식 6과 같다.
Figure 112008031799472-pat00010
위의 수학식 6은 Tcl 에 관한 선형 제차 2 계상미분 방정식(linear homogeneous 2nd order ordinary differential equation)이다. 따라서 이 수학식 6의 해 Tcl(ξ)은 전 구간에서 Qts 에 선형적으로 비례한다. 탐침(10)의 첨단(10A)에서도 이러한 선형적 비례관계가 성립하며 수학식 7은 이에 대한 수학적 표현이다.
Figure 112008031799472-pat00011
여기에서 C 는 [W/K]의 차원을 갖는 비례상수이다.
수학식 2와 수학식 7로부터 시편(20)의 온도, Tsub 를 아래의 수학식 8로 표현할 수 있다.
Figure 112008031799472-pat00012
위의 수학식 8은 탐침(10) 첨단(10A)의 시편(20) 표면 위치와 무관하게 항상 성립하는 식이므로 C/ Gts 를 무차원 상수 로 정의하면 시편(20)의 온도 분포는 다 음 수학식 9와 같이 표현된다.
Figure 112008031799472-pat00013
수학식 9는 접촉모드와 리프트모드의 온도, 그리고 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00014
를 조합하여 시편(20)의 온도 분포를 정량적으로 구할 수 있음을 보여준다.
저항 네트워크 모델에 따르면 시편(20)의 온도분포는 수학식 10으로 나타내어진다.
Figure 112008031799472-pat00015
여기서 Φ는 첨단(10A)-시편(20)간의 접촉 열저항 Rt 와 탐침(10)의 열저항 Rc 의 비, Φ=Rt/Rc 으로 정의되는 무차원 상수이다. 저항 네트워크 모델에 따르면 시편(20)의
실제 온도는 접촉모드로 측정된 신호에 적절한 비례상수를 곱해줌으로써 구할 수 있다고 보았지만, 새로 유도된 식에 따르면 시편(20)의 실제 온도분포는 접촉모드로부터 구한 신호에 적절한 비례상수를 곱한 후 리프트모드로 구한 신호를 빼주어야 구할 수 있음을 보여준다.
이하, 수학식 9의 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00016
에 관하여 상세히 설명한다.
접촉모드를 사용하여 얻어지는 온도신호와 리프트모드로부터 얻어지는 신호, 그리고 두 신호의 차이를 시편(20)과 탐침(10) 사이의 열전달 현상에 대한 지배 방정식을 사용하여 분석하여 유도된 수학식 9를 활용하여 정량적으로 온도를 계측하기 위해서는 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00017
를 구해야 한다. 이론적으로는 수학식 5를 수치적으로 분석여 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00018
를 구할 수도 있겠지만 이를 위해서는 역시 여러 물성 및 변수들을 실험적으로 구해야 하므로 이것은 효율적인 접근 방식은 아닌 것으로 생각된다. 따라서 본 논문에서는 실험적으로 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00019
를 구하고 이를 사용하여 시편(20)의 온도 분포를 정량적으로 계측한다.
실험적으로 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00020
를 측정하기 위해서는 수학식 11로부터 알 수 있듯이 시편(20)의 온도 접촉모드에서 계측된 온도, 리프트모드에서 계측된 온도를 동시에 계측하여야 한다.
Figure 112008031799472-pat00021
본 실험은 온도를 쉽게 변화시킬 수 있으며 온도를 정확히 알 수 있는 시편(20)을 필요로 한다. 시편(20)은 파이렉스글라스(Pyrex glass)위에 두께가 200nm 이고 폭이 7㎛인 금선을 패터닝(Patterning)하여 제작하였고 시편(20)의 온도는 열저항계수(Temperature Coefficient of Resist-ance, TCR)로 정확하게 계측할 수 있었다.
본 실험에 사용된 탐침(10)은 공기와 캔틸레버(12)를 통한 열전달량을 줄이기 위해 첨단(10A)의 높이를 12㎛로 높이고, 캔틸레버(12)의 재료를 실리콘 질화막에서 열전도도가 20 배 이상 적은 실리콘 산화막을 사용하여 제작되었다.
도 2는 상온보다 45.2 K 높게 가열된 시편(20)에 탐침(10)을 접근시키면서 탐침(10) 첨단(10A)의 온도와 캔틸레버(12)의 휨(deflection)를 측정한 결과이다.
탐침(10)이 시편(20)에 접근하면 공기를 통한 열전달에 의해 탐침(10) 첨단(10A)의 온도가 서서히 증가한다. 탐침(10)과 시편(20)이 접촉되는 순간 첨단(10A)-시편(20)의 접촉점을 통한 열전달이 급격히 증가하면서 탐침(10) 첨단(10A)의 온도가 급격히 상승하였다. 접촉 후에는 탐침(10) 첨단(10A)
의 온도가 거의 일정한 값을 유지하였다. 도 2에서 얻어진 데이터만으로도 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00022
를 결정할 수 있지만 좀 더 신뢰할 수 있는 값을 구하기 위해서 시편(20)의 온도를 바꾸어 가면서 동일한 실험을 반복하였으며 그 결과가 도 4a에 요약되어 있다.
무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00023
를 구하기 위해서 도 3a에 요약된 데이터를 도 3b와 같이 시편(20) 온도와 접촉상태에서 측정된 온도의 차이(Tsub - Tc)를 온도 점프(Tc - Tl)의 함수로 나타내었다. 측정된 값들로부터 추세선을 구하였다. 이 추세선의 기울기는 수학식 11로부터 알 수 있듯이 무차원상수
Figure 112008031799472-pat00024
를 의미하며 그 값은 49.1 K/K 로 나타났다. 여기서, 도 3b의 T(contact)은 접촉모드의 탐침(10) 내부 온도이고, T(lift)는 리프트모드의 탐침(10) 내부 온도이고, T(sub)는 시편(20)의 온도이다.
이제 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00025
를 구하였으므로 시편(20)의 온도 분포를 정량적으로 계측한다. 시편(20)의 정량적 온도 분포는 수학식 9에 나타난 것처럼 접촉모드의 온도 분포와 리프트모드를 사용하여 온도 분포를 각각 구하여야 한다.
이때 주의할 점은 리프트모드를 사용하여 온도를 측정하는 경우 탐침(10) 첨단(10A)과 시편(20) 표면 사이의 거리를 비접촉 상태를 유지할 수 있는 한도 내에서 가능한 가까이 유지해야 한다는 것이다. 이중 주사를 사용한 정량적 주사탐침열현미경은 접촉모드와 리프트모드를 사용하여 탐침(10)을 주사하는 경우, 탐침(10)과 시편(20)의 거리가 거의 유사하다는 가정을 바탕으로 하고 있다. 따라서 리프트모드를 사용하는 경우
탐침(10) 첨단(10A)과 시편(20) 표면 사이의 거리가 지나치게 크면 공기를 통한 열전달에 의한 신호가 적절히 제거되지 않으므로 오차가 발생할 수 있다.
탐침(10) 첨단(10A)과 시편(20) 표면이 비접촉을 유지할 수 있는 최소거리는 도 3을 관찰하면 구할 수 있다. 도 3에 나타난 캔틸레버(12)의 휨신호를 보면 첨단(10A) 끝과 시편(20)사이의 거리가 20nm일 때 반데르발스힘(Van der Waals' force)에 의해 탐침(10)이 순간적으로 당겨져 접촉이 이루어짐을 알 수 있다. 이것으로부터 비접촉을 유지할 수 있는 첨단(10A) 끝과 시편(20) 사이의 최소거리는 20nm임을 알 수 있다.
앞선 실험들로부터 측정된 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00026
와 첨단(10A) 끝과 시편(20)간 최소거리 20 nm 적용하여 접촉모드와 리프트모드로 측정된 온도를 수학식 9에 적용하 여 시편(20)의 온도를 계측하였다.
도 4에 접촉모드를 통해 측정된 온도(Tcontact), 리프트모드를 통해 계측된 온도(Tlift), 이중주사를 통해 계측한 온도(Tpredicted), 그리고 시편(20)의 온도를 모델링한 결과(Tmodeled)를 비교하여 나타내었다. 접촉모드를 통해 측정된 온도(Tcontact)는 모델링한 시편(20) 온도(Tmodeled)의 65 % 밖에 되지 않았다. 하지만 이중 주사를 통해 측정된 온도를 수학식 9를 적용하여 계측한 온도(Tpredicted)는 측정된 전 구간에 걸쳐 모델링한 시편(20) 온도(Tmodeled)와 거의 정확하게 일치됨을 알 수 있고, 가열된 금선으로부터 멀어지며 발생하는 온도의 급격한 변화에도 잘 대응하고 있다.
그런데 도 4에서 'Large contact area' 및 'Small contact area'로 도시된 바와 같이, 본 측정 기법을 통해 계측된 온도는 표면이 매끄럽지 못한 지점과 금선과 파이렉스 글라스의 경계 지점에서 급격한 변화를 보일 수 있다. 이는 이러한 급격한 온도 변화의 원인은 이러한 지점에서 첨단(10A)-시편(20) 접촉점의 면적이 변하여 접촉점을 통한 열전달량에 변화를 주었고, 본 측정기법이 접촉점을 통한 열전달만으로 온도를 계측하기 때문에 접촉점의 면적 변화에 민감하기 때문일 수 있다.
이중주사기법을 사용한 정량적 주사탐침열현미경으로 구한 시편(20) 및 시편(20)주위의 온도분포(Tdouble scan technique), 저항네트워크 모델을 사용하여 구한 온도분포(Tresistance network model) 그리고 모델링 결과(Tmodeled)를 도 5에 비교하였다. 저항네트워크 모델을 사용한 온도 분포는 수학식 10을 사용하여 구하였다. 금속선 중심의 온도와 접촉모드로 구한 온도를 일치시키기 위해서 f = 0.597 로 가정하였다. 저항 네트워크 모델을 통해 측정한 온도 프로파일은 모델링한 시편(20)의 온도 프로파일에 대응되지 못하였다. 이것은 접촉모드를 통해 측정한 온도 프로파일에 상수곱을 통하여 실제 온도 프로파일을 찾는 저항 네트워크 모델의 한계를 보여준다.
하지만, 본 측정 기법으로 계측한 온도 분포는 모델링한 시편(20) 온도 분포와 거의 일치됨을 알 수 있다. 따라서 이중주사기법을 사용한 정량적 주사탐침열현미경이 공기와 캔틸레버(12)에 의한 열전달을 효과적으로 제거하기 때문에 시편(20)의 급격한 온도 변화에 정확히 대응할 수 있으며 시편(20)의 온도에 무관하게 적용될 수 있음을 보여준다.
따라서, 주사탐침열현미경의 탐침(10)으로 온도를 측정할 때 발생되는 열전달 현상을 엄밀히 분석하여 정량적인 온도를 측정할 수 있는 이중 주사 기법을 제시한다. 가열된 금선과 탐침(10)의 접촉 실험으로부터 본 측정 기법의 타당성을 보였고, 무차원 상수
Figure 112008031799472-pat00027
를 측정하였다. 그리고 다른 온도로 가열된 금선을 이중 주사 기법을 사용하여 계측된 결과와 저항네트워크 모델을 비교하여 저항네트워크 모델을 이용한 측정의 한계와 이중 주사를 통한 측정이 온도에 무관하게 정확히 계측됨을 확인하였다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열물리량계측방법에 이용되는 주사탐침열현미경의 구성도이다.
도 2는 시편과 탐침 간 거리에 따른 탐침 첨단의 온도와 캔틸레버의 휨을 보여주는 그래프이다.
도 3a는 시편의 온도에 따른 온도 점프, 접촉모드 탐침 온도를 보여주는 그래프이다.
도 3b는 시편 온도와 접촉모드 탐침온도의 차이를 온도 점프 함수로 보여주는 그래프이다.
도 4는 접촉모드 온도, 리프트모드 온도, 이중주사를 통해 계측한 온도, 시편의 모델링 온도 프로파일을 비교한 그래프이다.
도 5는 이중주사를 통해 계측한 온도, 시편의 모델링 온도, 저항 네트워크 모델을 통해 측정한 온도 프로파일을 비교한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
10; 탐침 12; 캔틸레버
14; 팁 16; 열전쌍
20; 시편

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 주사탐침열현미경의 탐침을 시편에 접촉시킨 상태에서 상기 시편을 주사하여 상기 시편의 열물리량(접촉모드 열물리량)을 계측하고, 주사탐침열현미경의 탐침을 시편과 이격시킨 상태에서 상기 시편을 주사하여 상기 시편의 열물리량(리프트모드 열물리량)를 계측하는 열물리량 계측단계와;
    상기 접촉모드 열물리량과 상기 리프트모드 열물리량의 비교에 의해, 열물리량을 획득하는 열물리량 획득단계를 포함하며;
    상기 열물리량은 다음과 같은 시편의 온도분포 식,Tsub(x)에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 주사탐침열현미경을 이용한 열물리량계측방법,
    Figure 112010037850301-pat00028
    여기서, Tc는 접촉모드 온도이고, Tl은 리프트모드 온도이고,
    Figure 112010037850301-pat00029
    는 무차원 상수 C/Gts(여기서, C는 [W/K]의 차원을 갖는 비례상수, Gts는 첨단-시편의 전도력)이고, x는 시편의 국소 지점이다.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 무차원상수
    Figure 112008031799472-pat00030
    는, 다음과 같은 식에 의해 실험적으로 획득되는 것을 특징으로 하는 주사탐침열현미경을 이용한 열물리량계측방법,
    Figure 112008031799472-pat00031
    여기서, Tsub는 열저항계수(TCR)로 계측한 시편의 온도이고, Tc는 상기 시편을 이용한 접촉모드 온도이고, Tl은 상기 시편을 이용한 리프트모드 온도이고, x는 상기 실험 시편의 국소 지점이다.
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