KR102161537B1 - 전자현미경용 시료대 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 스테이지에 냉각시료부와 상온시료부를 함께 구성하여 선택적으로 사용할 수 있도록 한 전자현미경용 시료대에 관한 것이다.

Description

전자현미경용 시료대{Sample table for electron microscope}
본 발명은 전자현미경용 시료대에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 스테이지에 냉각시료부와 상온시료부를 함께 구성하여 사용할 수 있는 전자현미경용 시료대에 관한 것이다.
일반적으로, 주사전자현미경(이하 '전자현미경'이라 약칭함)은 진공챔버 내에 측정대상시료를 위치시킨 후, 경통 속에 위치하는 전자총에서 발생되는 전자빔을 상기 시료에 주사하는 과정을 통해 시료에 대한 정보를 얻게 된다.
즉 상기 전자현미경은 필라멘트를 통해 주사되는 전자빔이 시료 표면에 충돌하면서 발생하게 되는 전자신호를 검출해주게 되고, 상기 검출된 전자신호를 영상으로 표시하거나 기록매체에 기록해주는 일련의 과정을 통해 시료에 대한 정보를 얻을 수 있다.
이러한 전자현미경의 사용에 있어 진공챔버가 필수적인 이유는, 첫 번째로 전자빔을 생성하는 필라멘트가 가열되면 기체와 반응하여 소모되기 때문이다. 두 번째는 전자빔의 궤적에서 다른 기체분자와 충돌하기 않게 하기 위함이다. 전자빔이 경로상에 다른 기체와 충돌을 일으키게 되면 좋은 광학적 특성을 기대하기 어렵다. 세 번째는 2차 전자 검출기로 사용하는 E-T(Everhart-Thornly) 디텍터가 2차 전자를 끌어당기기 위해 10kV 내외의 고전압을 사용하기 때문에 기체 분자들이 전자를 빼앗겨 플라즈마 상태가 되고 빛을 발생시키게 되면서 2차 전자검출기에 대해 노이즈로서 작용하게 된다.
최근의 기술은 2차 전자검출기 대신 후방 전자검출기를 사용하는 방식으로, 진공챔버에서 요구되는 진공의 수준이 10-1 ~ 10-2Torr 수준으로 완화되었다.
그러나 액체 시료 또는 수분함량이 많은 시료를 관찰하고자 할 경우 급속한 증발이 일어나면서 요구되는 진공수준을 맞추기가 까다롭다. 또한 수분 증발로 인해 본래의 시료 형상을 잃어버리기 쉽다. 따라서 액체 시료를 관찰하기 위해서는 동결건조, 임계점건조 등의 건조 방법을 사용하였다. 또는 시료 자체를 대략 -20도 수준까지 냉각시켜 수분을 동결시키는 방법을 사용하기도 한다. 시료가 동결된 경우 수분 증발의 속도가 늦춰져서 원하는 진공 상태를 얻을 수 있고, 또한 시료의 형상 변화도 크지 않기 때문에 전처리 과정이 복잡한 건조 방식에 비해 높은 빈도로 사용되고 있다.
이와 같이 시료를 냉각시키는 방식에 대하여 종래 대한민국 공개특허 제10-2012-0107716호(공개일: 2012.10.04.) 등으로 선 출원된 바 있다.
구체적으로, 종래의 시료 냉각방식은 펠티어(Peltier) 소자를 이용한 방식이 주로 사용되고 있다. 즉 펠티어 소자에 전류를 흘리면 양측에 온도 차이가 발생하게 된다. 이 경우 고온 측에 발생한 열을 물 등의 매개체를 통해 외부로 방출시켜주면 저온 측 온도를 대략 -25도 정도로 낮게 유지하는 것이 가능하다.
이러한 냉각방식이 적용된 냉각 시료대는 기존의 상온 시료대가 장착된 일반적인 시료대 스테이지에 교체 장착하여 사용하였다.
그러나 상기와 같은 교체 방식의 시료대는 냉각시료대를 사용하지 않고 일반적인 상온시료대를 사용해야 하는 경우, 스테이지에 장착된 냉각시료대를 매번 탈착해야 하는 번거로운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 하나의 스테이지에 냉각시료부와 상온시료부를 함께 구성하여 선택적으로 사용할 수 있도록 한 전자현미경용 시료대를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명은, 스테이지; 상기 스테이지의 상면에 구비되며, 전원을 공급받아 측정대상시료를 소정 온도로 냉각시켜주는 냉각시료부; 및 상기 스테이지의 상면에 상기 냉각시료부와 이격되게 구비되는 상온시료부;를 포함하는 전자현미경용 시료대를 제공한다.
이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 하나의 스테이지에 냉각시료부와 상온시료부를 함께 구성해줌으로써, 측정대상시료에 따라 상기 냉각시료부와 상온시료부 중 어느 하나를 선택적으로 용이하게 사용할 수 있다.
즉 상기 냉각시료부를 사용하지 않더라도 상기 냉각시료부를 탈착하지 않고 그대로 유지한 상태에서 상온시료부를 사용할 수 있음에 따라, 작업효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전자현미경용 시료대의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 전자현미경용 시료대의 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 상온시료부의 사시도,
도 4의 (a), (b)는 본 발명에 따른 상온시료부의 결합구조를 보여주는 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 전자현미경용 시료대의 평면도,
도 6은 본 발명에 냉각모듈의 구성을 보여주는 측면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전자현미경용 시료대의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전자현미경용 시료대의 분해사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전자현미경용 시료대의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전자현미경용 시료대(1)는, 스테이지(100), 냉각시료부(200), 상온시료부(300)를 포함한다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스테이지(100)는 시료대(1)의 주된 몸체를 구성하는 것으로, 이러한 스테이지(100)는 전자현미경을 구성하는 진공챔버(미도시) 내에 입출 가능하게 설치된다.
이 경우 상기 진공챔버는 측정대상시료가 놓인 상기 스테이지(100)가 내부에 위치될 수 있도록 적어도 일측에 개폐 도어(미도시)가 구비된 수납공간이 마련된다. 이러한 진공챔버는 기존 전자현미경에 적용되는 통상적인 구조임에 따라 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
냉각시료부(200)는 전원을 공급받아 측정대상시료를 소정 온도로 냉각시켜주는 것으로, 이러한 냉각시료부(200)는 스테이지(100)의 상면 중심부에 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 냉각시료부(200)는 전원을 인가받을 수 있도록 일측에 전극(211)이 구비되는 펠티어 소자(210)와, 펠티어 소자(210)의 상부에 적층되며 상면에 측정대상시료가 위치되는 냉각판(220)을 포함할 수 있다.
이 경우 본 발명에서는 상기 펠티어 소자(210)의 상면과 맞닿은 냉각판(220)이 저온부가 되고, 상기 펠티어 소자(210)의 저면과 맞닿은 스테이지(100)가 고온부가 된다.
상온시료부(300)는 냉각시료부(200)를 중심으로 복수 개가 이격 배치되는 것으로, 이러한 상온시료부(300)는 냉각이 필요하지 않은 일반적인 측정대상시료에 대한 정보를 얻을 경우에 사용하게 된다.
즉 본 발명에 따른 전자현미경용 시료대(1)는 냉각시료부(200)와 상온시료부(300) 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 상온시료부(300)는 상부에 측정대상시료가 위치되는 몸체(310)와, 상기 스테이지(100)의 상면에 구비된 결합홈부(110)에 탈부착 가능하게 끼움 결합될 수 있도록 몸체(310)의 하부에 돌출 형성되는 결합돌부(320)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 상온시료부(300)는 결합돌부(320)가 스테이지(100)의 결합홈부(110)에 끼움 결합된 후 일측의 체결공(111)에 체결되는 고정부재(330)를 매개로 위치가 고정될 수 있다. 상기 고정부재(330)는 볼트나 세트스크류 등으로 구성될 수 있으며, 이러한 고정부재(330)가 끼움 결합된 상기 결합돌부(320)의 외주면을 가압해줌으로써 상온시료부(300)의 견고한 고정이 가능하다.
도 5를 참조하면, 본 발명에서는 상기 상온시료부(300)가 냉각시료부(200)를 중심에 두고 적어도 두 개가 이격 설치된 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 이상의 복수 개로 구성될 수 있음은 물론이다.
도 6을 참조하면, 상기 스테이지(100)에는 냉각시료부(200)를 구성하는 펠티어 소자(210)의 저면과 맞닿아 가열된 스테이지(100)를 냉각시켜주는 냉각모듈(400)이 구비될 수 있다.
이 경우 상기 펠티어 소자(210)는 전류를 흘려주면 전도성 물질 여러 층의 양끝에 온도차이가 지속되는 현상을 이용한 것으로, 저온 냉각을 필요로 하는 반대편의 고온부분을 강제 냉각시키면 저온부의 열이 고온쪽으로 전달되는 것이다. 즉 지벡 효과에 의해 한쪽이 차가워지며 다른 쪽은 뜨거워진다. 따라서 뜨거워지는 면을 잘 냉각시켜야 효율이 좋아지며, 과열되면 효율이 떨어지다가 결국 소자가 파괴되거나 열 역전현상이 일어나 저온부와 고온부가 뒤바뀔 수도 있다.
상기와 같은 이유로 상기 냉각모듈(400)을 이용하여 펠티어 소자(210)의 저면을 냉각시켜줌으로써 냉각시료부(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각모듈(400)은 스테이지(100)의 일측에 구비되는 냉각수 유입구(410)와, 상기 스테이지(100)의 내부에 구비되어 냉각수 유입구(410)를 통해 공급되는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환부(420)와, 상기 냉각수 순환부(420)를 통해 순환되는 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수 배출구(430)를 포함할 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 전자현미경용 시료대(1)는, 하나의 스테이지(100)에 냉각시료부(200)와 상온시료부(300)를 함께 구성함으로써, 측정대상시료에 따라 상기 냉각시료부(200)와 상온시료부(300) 중 어느 하나를 선택적으로 용이하게 사용할 수 있다.
즉 상기 냉각시료부(200)를 사용하지 않더라도 냉각시료부(200)를 탈착하지 않고 그대로 유지한 상태에서 상기 상온시료부(300)를 사용할 수 있으며, 이에 따라 작업효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
1 : 전자현미경용 시료대 100 : 스테이지
110 : 결합홈부 200 : 냉각시료부
210 : 펠티어 소자 220 : 냉각판
300 : 상온시료부 310 : 몸체
320 : 결합돌부 330 : 고정부재
400 : 냉각모듈 410 : 냉각수 유입구
420 : 냉각수 순환부 430 : 냉각수 배출구

Claims (6)

  1. 스테이지(100);
    상기 스테이지(100)의 상면에 구비되며, 전원을 공급받아 측정대상시료를 소정 온도로 냉각시켜주는 냉각시료부(200);
    상기 스테이지(100)의 상면에 상기 냉각시료부(200)를 중심에 두고 복수 개가 이격되게 구비되는 상온시료부(300); 및
    상기 스테이지(100) 내에 구비되어 상기 냉각시료부(200)의 펠티어 소자(210)와 맞닿아 가열된 스테이지(100)를 냉각시켜주는 냉각모듈(400);을 포함하되,
    상기 냉각시료부(200)는,
    상기 스테이지(100)의 상면에 결합되며, 전극(211)이 구비되는 펠티어 소자(210); 및 상기 펠티어 소자(210)의 상부에 적층되며, 상면에 측정대상시료가 위치되는 냉각판(220);을 포함하여, 상기 펠티어 소자(210)의 상면과 맞닿은 냉각판(220)이 저온부가 되고, 상기 펠티어 소자(210)의 저면과 맞닿은 스테이지(100)가 고온부가 되며,
    상기 상온시료부(300)는,
    상부에 측정대상시료가 위치되는 몸체(310); 및 상기 스테이지(100)의 상면에 구비된 결합홈부(110)에 탈부착 가능하게 끼움 결합될 수 있도록 상기 몸체(310)의 하부에 돌출 형성되는 결합돌부(320);를 포함하는 전자현미경용 시료대.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상온시료부(300)는,
    상기 결합돌부(320)가 결합홈부(110)에 결합된 후 일측의 체결공(111)에 체결되는 고정부재(330);를 매개로 위치가 고정되는 것인 전자현미경용 시료대.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각모듈(400)은,
    상기 스테이지(100)의 일측에 구비되는 냉각수 유입구(410);
    상기 스테이지(100)의 내부에 구비되며, 상기 냉각수 유입구(410)를 통해 공급되는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환부(420); 및
    상기 냉각수 순환부(420)를 통해 순환되는 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수 배출구(430);를 포함하는 전자현미경용 시료대.
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