KR102382566B1 - 박막 재료의 품질 검사 - Google Patents
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Abstract
박막 재료의 품질을 결정하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 상기 박막 재료는 기판 상에 제공되어 박막 재료 구조물을 형성한다. 상기 장치는 하우징, THz 소스 에미터 및 THz 검출기를 갖는 THz 모듈, 및 상기 THz 모듈에 대하여 이동할 수 있고 상기 박막 재료 구조물을 지지하도록 구성된 반사 베이스를 포함한다. 상기 THz 소스 에미터는 상기 박막 재료를 조사하도록 구성된다. 상기 THz 검출기는 상기 조사의 적어도 하나의 반사를 측정하도록 구성된다. 상기 장치는 상기 반사 측정에 기초하여 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하도록 구성된다.
Description
본 발명은 박막 재료에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 박막 재료의 전도도를 측정함으로써 박막 재료의 품질을 평가하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
원자의 박막으로 만들어진 박막 재료는 다른 재료의 전기적, 기계적, 열적 및 광학적 특성을 개선하기 위해 사용할 수 있는 고유의 사양으로 특징지어지는 신규한 구조이다. 그래핀(Graphene)은 많은 상업적 응용을 갖는 원자적으로 얇은 재료의 예로서, 다양한 기술 분야에서 제안되거나 및/또는 개발 중이다. 전송되거나 반사된 전자기 방사선이 박막 재료와 상호 작용할 때의 거동은 여러가지 특성, 가장 중요하게는 이들의 시트 전도도에 따라 다르고, 높은 시트 전도도를 갖는 영역은 높은 반사율을 특징으로 하며, 높은 투과율을 갖는 영역은 이 재료의 낮은 시트 전도도와 관련된다. 따라서, 재료의 전도도 및 전송 및 반사 계수는 주파수에 따라 달라지는 파라미터이고, 자외선 범위, 가시광선 범위, 적외선 범위, 테라헤르츠 범위, 밀리미터파 및 마이크로파를 포함한 광범위한 주파수 스펙트럼에서 측정할 수 있다. 박막의 시트 전도도는 재료의 평균 운반 특성(예를 들어, 캐리어 밀도 및 이동도)과 관련되어 있고, 전기적 연속성 및 균일성을 특성화하는 데 사용할 수 있다. 전도도의 소규모 및 대규모 측정은 박막 재료의 비접촉 품질 검사에서 중요한 문제이다.
박막의 품질을 검사하는 몇가지 방법이 존재하는데, 어떤 경우에는 이 재료의 전도도를 측정함으로써 이루어진다. 사용되는 전형적인 방법 중 하나는 Van der Pauw 기술로도 알려진 마이크로 4 점 프로브이다. 이 측정 기술은 전체 샘플의 DC 전도도의 단일값을 제공하므로 낮은 신뢰성과 공간 분해능을 특징으로 한다 ("Graphene Conductance Uniformity Mapping", Buron et al., Nanoletters, 12 (10), pp 5074-50812012 참조). 또한, 이 특성화 방법은 일부 금속 접촉이 측정 수행에 요구되기 때문에 침습 특성화 방법 그룹에 속한다. 사용되는 또 다른 방법은 공초점 라만 분광법이다. 공초점 라만 분광법은 활성 라만 재료에만 사용된다는 점에 유의해야 한다. 이 기술은 마이크로 스케일 측정을 수행함으로써 결함, 도핑 밀도, 기계적 변형 및 샘플의 박막층 수에 대한 정보를 제공한다. 공초점 라만 분광법은 획득 시간이 라만 산란의 낮은 효율에 의해 제한되고 단일 지점의 크기가 사용된 레이저의 스팟 크기(약 500nm)로 제한되기 때문에, 낮은 처리량을 특징으로 한다는 것이 중요하다. 따라서 재료를 특성화하기 위하여, 시간 소모적인 래스터 스캔을 전체 샘플에 수행해야 한다. 결과적으로, 라만 분광법은 대규모 샘플(10 cm2 이상)을 특성화하는 적절한 방법이 아니다. 세 번째 방법은 광학 이미징이다. 광학 이미징은 단지 샘플의 전체 영역에 대한 품질 정보를 제공한다. 또한, 샘플의 전도도 분포에 대한 정량적 정보를 제공하지 않는다. 박막 재료의 특성화에 사용되는 또 다른 방법은 원자 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 사용하는 것이다. 이는 샘플의 표면에 대한 위상학적 지도를 제공할 수 있지만 1cm2의 면적의 단일 샘플을 맵핑하는 데 수 시간이 걸린다. 또한, 이 측정 기법의 사용은 일부 경우 시험 대상 재료의 손상을 초래할 수 있다. 마지막으로, 박막 재료의 품질에 대한 정보를 얻기 위해 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM)이 또한 사용된다. 예를 들어, 그래핀을 분석하기 위하여 그래핀을 3mm TEM 격자로 옮겨야 한다. 이 기법은 그레인 크기, 그레인 경계 구조, 그래핀 층의 수 등과 같은 그래핀 재료에 대한 많은 정보를 제공한다. 그러나, 이것은 파괴적인 기법이고 단지 작은 영역만 조사할 수 있다.
박막 재료 시장의 급속한 성장 및 더 넓은 영역의 박막 재료를 얻기 위한 필요성 때문에, 제조 라인의 안팎에서 제조된 재료의 품질을 특성화하기 위해 빠르고 신뢰성 있는 기술을 제공하기 위해 새로운 방법이 필요하다. 따라서, 재료의 균일성을 평가하는 파라미터 중 하나로서 박막 재료의 전도도가 사용될 수 있다. 또한, 이 시스템은 작은 면적(< 10 cm2) 또는 넓은 면적(≥ 10 cm2)의 박막 재료에 대한 제조 공정의 재현성 및 반복성을 테스트하기 위해 사용될 수 있다 ("Terahertz Graphene Optics", Rouhi et al., Nano Res, October 2012, Volume 5, Issue 10, pp 667-678 참조).
문헌에 포함된 몇가지 예는 전송 구성을 사용하여 박막 재료의 전도도를 계산하는 방법을 제시하며, 이는 방사선 에미터 및 검출기를 측정된 재료의 반대 쪽에 배치해야 하므로 산업 공정에서는 적절하지 않은 경우가 많다. 따라서 이러한 유형의 검사를 보다 실용적으로 구현할 수 있는 기술이 매우 바람직하다.
본 발명의 특정 실시예는 첨부된 도면을 참조하여, 비 제한적인 예로서 다음에 의해 기술된다:
도 1a는 라만 분광법과 THz 검사 사이의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
도 1b는 일 실시예에 따른 박막 재료를 검사하는 장치를 도시한다.
도 1c는 재료의 온라인 THz 검사를 위한 예시적인 장치를 도시한다.
도 1d는 박막을 기판 상에 증착한 경우 THz 신호 반사 측정의 예시적인 시간 윈도우를 도시한다.
도 1e는 전도도 지도의 예를 도시한다.
도 2는 전도도 측정 프로세스의 예를 도시한다.
도 3은 전도도 측정 프로세스의 다른 예를 도시한다.
도 4는 박막 샘플의 품질 측정 프로세스의 다른 예를 도시한다.
도 5는 3 개의 직선 방향 (및 3 개의 회전)을 도시한다.
도 6a는 독립형 장치의 예를 도시한다.
도 6b는 독립형 장치의 베이스의 세부 사항을 도시한다.
도 7은 박막 재료를 검사하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1a는 라만 분광법과 THz 검사 사이의 상관 관계를 도시한 그래프이다.
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도 4는 박막 샘플의 품질 측정 프로세스의 다른 예를 도시한다.
도 5는 3 개의 직선 방향 (및 3 개의 회전)을 도시한다.
도 6a는 독립형 장치의 예를 도시한다.
도 6b는 독립형 장치의 베이스의 세부 사항을 도시한다.
도 7은 박막 재료를 검사하는 방법의 흐름도를 도시한다.
박막 재료의 품질은 재료의 전도도의 균일성을 분석하여 평가할 수 있다. 전도도는 박막 재료의 반사율 및 투과율의 변화를 측정함으로써 얻어진다. 단층 또는 다층 형태를 포함하는 박막 재료의 경우(예를 들어, 그래핀), 정확한 전도도 값을 얻을 수 있다. 다른 형태의 박막 재료의 경우(예를 들어, 그래핀 분말, 플레이크, 리본), 사용된 매트릭스에서 이 도펀트의 분포는 벌크 샘플의 선택된 구역 사이의 전도도의 변화를 검출함으로써 얻을 수 있다. 펄스된 파 및 연속파(CW) THz 시스템 모두 샘플의 전도도 분석에 적합할 수 있다. CW THz 시스템을 사용하는 경우, 등가 시간-도메인 신호를 얻기 위해 반사된 신호의 진폭 및 위상 모두가 제공되어야 한다.
일 측면에 있어서, 박막 재료의 품질을 결정하기 위한 장치가 개시된다. 상기 박막 재료는 박막 재료 구조물을 형성하는 기판 상에 제공된다. 상기 장치는 하우징, THz 모듈 및 반사 베이스를 포함한다. 상기 THz 모듈은 THz 소스 에미터 및 THz 검출기를 포함한다. 상기 반사 베이스는 THz 모듈에 대해 이동할 수 있고, 상기 박막 재료 구조물을 지지하도록 구성된다. 상기 THz 모듈, 또는 상기 반사 베이스 또는 둘 모두 이동할 수 있다. 상기 박막 재료를 상기 THz 소스 에미터로 조사할 때, 상기 THz 검출기는 상기 조사의 적어도 하나의 반사를 측정하도록 구성되고, 상기 장치는 상기 적어도 하나의 반사 측정에 응답하여 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하도록 구성된다. 상기 THz 소스 에미터 및 상기 THz 검출기는 모두 상기 박막 재료 구조물의 같은 면에 위치한다.
박막은 실질적으로 0의 두께인 재료로 간주될 수 있다. 따라서, 상기 박막 재료로부터의 임의의 반사, 예를 들어 공기-막 계면으로부터의 반사, 및 상기 기판으로부터의 임의의 반사, 예를 들어 상기 박막 및 상기 기판 사이의 계면으로부터의 반사는 동일한 반사로 간주될 수 있다. 상기 적어도 하나의 반사는 공기-막-기판 반사 또는 기판-베이스 계면, 즉 기판 및 베이스 사이의 계면으로부터의 반사, 또는 양자 모두로부터의 반사일 수 있다.
기판은 단층 기판 또는 적층 기판을 형성하는 다층 기판을 포함할 수 있다. 다층 기판이 사용되는 경우, 각 층은 동일하거나 상이한 재료를 포함할 수 있다. 적층된 기판의 층들 사이의 각 계면은 측정될 반사를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 다층 기판의 층은 이러한 층의 계면으로부터의 반사가 상기 베이스로부터의 반사로서 작용할 수 있을 만큼 충분히 반사성일 수 있다. 효과적으로, 이 층 및 이 반사층 아래의 모든 층이 반사 베이스의 일부를 형성하는 것으로 간주될 수 있다.
일부 실시예에서, 박막 재료의 품질을 결정하기 위하여, 상기 박막 재료가 이미 기판 상에 증착되어 있을 때, 공기-막-기판 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사 및/또는 기판-반사 베이스 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사가 측정된다. 또한, 일부 실시예에서, 노출된 기판을 분석할 때, 공기-기판 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사 및/또는 기판-반사 베이스 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사가 측정되는 기준 측정이 요구된다. 또한, 다른 실시예에서, 상기 THz 신호는 필터링, 게이팅, 디-콘볼루션, 다항식에 의한 피팅(fitted by a polynomial) 또는 다른 도메인으로의 변환(즉, 푸리에 변환, 라플라스 변환 또는 Z-변환)을 포함하는 임의의 종류의 아날로그 또는 디지털 처리 기술을 사용하여 조작될 수 있다.
일부 실시예에서, 박막 재료의 품질은, 상기 박막 재료가 증착된 경우 및 노출된 기판을 분석하는 경우에 수행된 측정값으로부터 얻어진, 상기 기판-반사 베이스 계면으로부터의 조사의 반사로부터 계산되는 상대 투과 계수를 사용하여 계산된 전도도에 의해 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, 품질은 다른 파라미터, 예를 들어 반사 계수, 반사 전력, 반사된 펄스들 간의 시간 지연, 굴절률 또는 유전율에 의해 결정될 수 있다. 이 파라미터는 단지 예시적으로 제공되는 것이다. 또한, 상기 재료의 품질을 나타내는 다른 파라미터들도 본 명세서에 개시된 방법 및 장치를 사용하여 계산할 수 있다.
일부 실시예에서, 전도도는 박막 샘플의 단일 지점에서 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 전체 박막 재료 샘플 내에서 THz 전도도의 대면적 지도를 얻기 위하여, 상기 박막 샘플의 인접 지점에서의 전도도를 계산하기 위해 래스터 스캐닝을 수행할 수 있다. THz 전도도의 대면적 지도는, 차례로, 결함(예를 들어, 홀 또는 다층 점) 및 도핑 밀도의 변화와 같은 재료의 여러가지 물리적 특징의 영향이 반영되는 품질 메트릭(metric)을 제공한다. 부가적으로 또는 대안적으로 다른 파라미터를 계산하여 지도를 생성하고 재료의 품질을 평가할 수 있다.
본 발명은 전송 구성(transmission configuration)을 사용한 문헌에 개시된 재료의 THz 전도도를 얻기 위한 다른 해법과 비교하여 이점을 나타내고, 따라서 샘플의 바닥면에 대한 접근이 요구된다. 본 발명에서 제공되는 해법은 반사 구성(reflection configuration)을 이용한 측정에 기초하며, 따라서 THz 소스 에미터 및 THz 검출기를 테스트 중인 샘플의 같은 면에 위치시킬 수 있다. 본 발명의 이 측면은 품질 검사 도구로서의 산업에서의 실제 응용에 있어서 핵심적이다.
박막 재료의 품질 검사를 위해 THz 조사를 사용하는 또 다른 장점은 그것이 비접촉 방법이므로, 측정 결과에 영향을 미치고 샘플의 표면 손상을 초래할 수 있는 오믹(ohmic) 접촉을 필요로 하지 않는다는 사실이다. 동시에, 그것은 나노/마이크로 규모 툴 및 매크로, 전체 샘플 규모 툴 사이의 간격을 연결한다. 따라서, 이 방법은 시간 소비가 적으며 소규모 및 대규모의 박막 재료 샘플의 전기적 특성 분석을 위한 효율적인 대안을 제공한다. 소규모라는 용어는 면적이 10 cm2 미만인 샘플을 말하며, 반면에 대규모 샘플은 10 cm2 이상의 면적을 갖는다. 일부 구현예에서, 대규모 샘플은 함께 연결되어 다수의 대규모 샘플을 포함하는 구조를 생성한다.
일부 실시예에서, 상기 THz 소스 에미터 및 상기 THz 검출기는 단일 THz 소스/검출기 모듈에 통합되고, 여기서 상기 조사 및 반사 방향은 일치한다. 이는 장치의 소형 설계를 가능하게 하고, 박막 재료 구조물의 보다 쉬운 정렬을 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 측정 시스템의 속도를 향상시키기 위하여 여러 THz 소스/검출기 모듈 또는 다수의 THz 모듈을 사용할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 THz 소스 에미터 및 상기 THz 검출기는 이격되어 있으며, 조사의 입사각은 입사각 α 로 경사진다. 이는 방출 신호 및 수신 신호를 쉽게 분리할 수 있어 간섭을 피할 수 있다.
예시적인 응용예서, 상기 박막 재료는 원자적으로 얇은 재료, 예를 들어 단층 그래핀 샘플 또는 다층 그래핀 샘플 형태의 그래핀을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 응용에서, 상기 박막 재료는 전이 금속 디칼코제나이드를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 응용에서, 상기 박막 재료는 절연 육각형 질화 붕소(BN), 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3), 비스무트 셀레나이드(Bi2Se3), ZnCuS와 같은 전이 금속 산화물을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 응용에서, 상기 박막 재료는 기판 상에 증착되거나 성장될 수 있는 다른 재료를 포함할 수 있다: 예를 들어, 산화인듐주석(ITO), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), TiO2 또는 인듐 갈륨 주석 산화물(IGZO), 니오븀 카바이드(NbC), STO/LAO와 같은 GaAs/GaAlAs 헤테로구조 전도성 인터페이스 또는 초전도 La2CuO4와 같은 산화물 전도성 박막 및 자기 LCMO. ITO는 일반적으로 액정 디스플레이, 평판 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 터치 패널, 및 전자 잉크 애플리케이션에 사용되는 소재이다. ITO 층은 이러한 종류의 장치 제조에 사용되고, THz 주파수 범위에서 투명하다. 그러나, 이러한 장치는 그 위에 ITO 층이 증착되는 접지면을 포함한다. 이러한 접지면은 이러한 장치에서 ITO 층의 품질 검사를 위한 반사 베이스로 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 박막 재료는 그래핀 분말, 플레이크 또는 리본과 같은 그래핀의 대안 형태로 도핑된 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 박막 재료는 캡슐화된 박막 또는 외부로 도핑된 박막을 포함할 수 있다. 이러한 재료 리스트는 단지 예시를 위해 제공되는 것이며 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 본 명세서에 기술된 재료로 한정하지 않는다.
일부 실시예에서, 상기 반사 베이스는 금속 또는 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, THz 주파수 범위에서 높은 반사율(50% 이상)을 나타내는 것이면 모든 유형의 재료를 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 장치는 스위치와 같은 제어 요소 및 표시부를 갖는 제어 패널을 더 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 장치에서 측정 및 결과를 입증할 수 있다. 이는 연구 및 소규모 품질 관리 응용 분야에서의 재료의 오프-라인 검사를 허용할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 THz 모듈은 하우징 내에 하우징될 수 있고 반사 베이스는 상기 하우징에 대하여 이동할 수 있다. 고정된 하우징 위치를 유지하고 전도성 베이스를 이동시키면 측정 기준점이 안정적으로 유지되므로 정확한 측정을 수행할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 장치는 방사선의 발생 지점뿐만 아니라 상기 THz 소스 에미터 및 상기 박막 재료의 표면 사이의 거리 및/또는 각을 변경시키도록 반사 베이스를 선택적으로 이동 및/또는 롤링하도록 구성된 XYZ 선형 액츄에이터 및/또는 RX, RY, RZ 롤 액츄에이터를 더 포함할 수 있다. XYZ 선형 액츄에이터 및/또는 RX, RY, RZ 롤 액츄에이터를 사용하면 THz 모듈에 대하여 베이스 및 샘플을 정확하게 이동시키거나 롤링할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 반사 베이스는 하우징 내에 하우징되고 상기 THz 모듈은 상기 하우징에 대하여 이동할 수 있다. 이는 일부 응용, 예를 들어 측정 대상 재료가 매우 섬세하고 임의의 이동이 그 특성을 방해할 수 있는 경우에 유용할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 장치는 조사선의 발생 지점 뿐만 아니라 상기 THz 소스 에미터 및 상기 박막 재료의 표면 사이의 거리(각)을 변경시키도록 상기 THz 모듈을 선택적으로 이동 및/또는 롤링하도록 구성된 XYZ 선형 액츄에이터 및/또는 RX, RY, RZ 롤 액츄에이터를 더 포함할 수 있다. 상기 XYZ 선형 액츄에이터 및/또는 상기 RX, RY, RZ 롤 액츄에이터는 THz 모듈의 이동 중의 진동을 감소시켜, 빠른 측정 프로세스를 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 상기 장치는 상기 반사 측정에 기초하여 박막 재료의 전도도를 계산하는 처리 모듈을 더 포함할 수 있다. 이는 측정의 국부적인 처리 및 직접적인 결과를 허용할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 장치는 상기 제1 및/또는 제2 반사 측정을 원격 처리 모듈에 전송하기 위한 통신 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 원격 처리 모듈은 측정을 처리하고 및/또는 표시를 위해 결과를 다시 전송하고 및/또는 향후 또는 통계적 용도로 보관할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 장치는 박막 재료의 제조 라인에 통합될 수 있고, 박막 재료의 제조 중 박막 재료를 검사하도록 구성될 수 있다. 제조 라인은 단일 또는 수개의 THz 모듈과 반사 베이스를 포함할 수 있다. 상기 THz 모듈은 THz 소스 에미터 및 THz 검출기를 포함할 수 있다. 상기 반사 베이스는 예를 들어 롤-투-롤 공정에 의해 얻어진 박막 재료 시트 아래에 배치될 수 있다. 이를 통해 제조 단계에서의 이상을 즉각적으로 탐지할 뿐만 아니라 제조된 재료를 신속하게 평가하고 분류할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 그래핀의 제조에서, 재료의 품질의 차이는 온도, 압력, 가스 플럭스 및/또는 증착 시간의 변화에 의해 생길 수 있다. 이러한 인자는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하지 않는다.
일부 실시예에서, 상기 THz 소스 에미터는 0.1 THz 내지 30 THz의 범위 내에서 작동하도록 구성된다. 0.1 THz 내지 30 THz의 주파수 범위에서 정의된 테라헤르츠(THz) 밴드로부터의 전자기 방사선은 비이온화 방사선이며 고해상도(1 mm 미만)의 유리한 특성 및 유전체 재료에서의 우수한 투과율(예를 들어, 1 mm 두께의 석영 샘플은 75% 이상의 투과율을 갖는다)을 가지고, 이로 인해 전도성 재료와 유전체 재료 사이의 높은 콘트라스트를 얻게 된다. 따라서, 상기 THz 범위의 전자기 방사선은 그래핀과 같은 1차원 및 2차원 구조의 특성화에 사용될 수 있다.
전술한 THz 주파수 범위에서 제공된 결과를 분석함으로써, 그래핀과 같은 얇은 물질의 전도도의 변화를 검출할 수 있다. 샘플 영역 사이의 전도도의 차이는 샘플의 결함 증가(전도도의 감소의 경우), 도핑의 불균일성 또는 증착된 층 구조의 두께 변화 또는 성장 조건과 관련된 다른 요인들에 의해 발생할 수 있다. 따라서, 제안된 방법의 결과는 테스트 중인 샘플의 품질 요인을 나타낼 수 있다. 또한, 재료가 층으로 제공되는 경우, 재료 시트의 층 수를 결정하는데 사용할 수 있다.
예를 들어, 제안된 측정 절차는 그래핀 샘플의 경우에 자세히 설명될 수 있다.
다른 조사 방법과 비교하여, THz 검사는 많은 이점을 제공한다. 4 프로브 방법과 비교하여, THz 검사는 비침습적인 기술이며 샘플 전체에서 THz 품질 지도를 얻을 수 있다. 공초점 라만 분광법과 비교하여, THz 검사는 샘플의 선택된 영역에서의 박막 재료의 품질에 대한 정보를 제공하고, 훨씬 짧은 측정 시간으로 샘플의 전도도의 균질성을 연구할 수 있게 한다(예를 들어, 1 mm2의 면적에 대해, 본 명세서에 개시된 THz 방법은 공초점 라만 분광법보다 적어도 20배 더 빠르다). 공초점 라만 분광법은 박막 특성화에 가장 많이 사용되는 기술이므로, 라만 측정과 THz 검사 간의 상관관계를 입증하는 것이 중요하다. 이를 검증하기 위해, THz 검사와 공초점 라만 분광법을 사용한 여러 측정을 수행하였으며, THz 검사로 얻은 전도도와 라만 변수 간의 상관 관계를 얻었다. 도 1a는 라만 분광법(결함)과 THz 검사(전도도) 사이의 상관 관계를 나타내는 그래프이다. 도 1a에서 나타나듯이, THz 측정은 공초점 라만 분광법의 측정과 좋은 상관 관계(> 80%)를 나타낸다. 보다 구체적으로, THz 조사를 이용한 전도도 측정은 라만 분광법의 G 밴드의 품질 인자와 관련이 있다. 현재, 광학 현미경과 비교하여, THz 검사는 전도도 분포의 특성화를 통해 샘플에 대한 정량적 정보를 제공한다. AFM과 비교하여, THz 검사는 훨씬 적은 시간으로(1 mm2의 면적에 대해 THz가 AFM 보다 100배 이상 빠르다) 저해상도의 표면 단층 촬영 지도를 제공할 수 있는, 비파괴적인 방법이다. 마지막으로, TEM과 비교하여, THz 검사는 훨씬 적은 시간을 소비하여(1 mm2의 면적에 대해 THz 가 TEM보다 100배 이상 빠르다) 저해상도 스케일을 제공한다(THz 검사는 0.1 mm 미만의 해상도를 갖고, TEM 해상도는 나노 스케일이다).
다른 측면에서, 반사 측정을 사용하여 박막 재료의 전도도를 결정하는 방법이 개시된다. 상기 박막 재료는 박막 재료 구조물을 형성하는 기판 상에 제공될 수 있다. 이 방법은 본 명세서에 개시된 측면에 따른 장치의 반사 베이스 상에 박막 재료 구조물을 제공하는 단계; 상기 박막 재료 구조물을 THz 소스 에미터로 조사하는 단계; 상기 조사의 적어도 하나의 반사를 측정하는 단계 및 상기 적어도 하나의 반사 측정에 응답하여 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하는 단계를 포함한다..
일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 박막 재료의 복수의 지점에서 주파수 범위에 대한 상기 적어도 하나의 반사를 측정하는 단계; 상기 복수의 지점에서 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하는 단계; 상기 박막 재료의 품질 지도를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 모든 실시예에서, 박막 재료 또는 기판의 특성을 향상시켜 테라헤르츠 범위의 박막 전도도의 계산을 용이하게 하기 위하여, 상기 박막 재료는 추가적으로 상기 박막 재료 또는 상기 박막 재료가 형성될 수 있는 상기 기판의 물리적 또는 화학적 특성을 변형시킬 수 있는 외부 힘, 공정 및 전자기 방사선의 영향에 노출될 수 있다. 이러한 외부 인자는 기판의 반사율에 대한 박막 재료의 반사율의 기여를 증가시키기 위해 적용된다. 상기 외부 인자는 다음의 예들 중 하나 일 수도 있고 또는 이들의 조합 일 수도 있다:
- 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판을 광 스펙트럼으로부터의 전자기 방사선으로 외부에서 조명하는 것. 광 스펙트럼에는 자외선 (UV) 범위, 가시광선 범위, 및/ 또는 적외선 (IR) 범위가 포함될 수 있다. 광 스펙트럼으로부터의 전자기 방사선은 일관성이거나 또는 비일관성일 수 있다. 적용되는 광학 스펙트럼의 외부 조명은 연속파 (CW) 또는 펄스 방사선 소스에서 얻을 수 있다.
- 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판을 X 선 또는 감마선 같은 스펙트럼의 고에너지 부분으로부터의 외부 전자기 방사선에 노출시키는 것.
- 순간 속도로 움직이는 하전 입자에 작용하는 로렌츠 힘을 생성할 수 있는, 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판에 적용되는 외부 자기장. 외부 자기장은 연속적 또는 교번일 수 있고, 균일하거나 불균일할 수 있다.
- 박막 재료 및/또는 기판의 응답을 향상시키기 위해 박막 재료의 선택된 영역 및/또는 기판의 선택된 영역에 자유 전하 캐리어(양전하 또는 음전하)를 집중시키기 위하여, 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판에 인가된 외부 자기장. 외부 자기장은 연속적 또는 교번일 수 있고, 균일하거나 불균일할 수 있다.
- 박막 재료 및/또는 기판의 응답을 향상시키기 위해 박막 재료의 선택된 영역 및/또는 기판의 선택된 영역에 자유 전하 캐리어(양전하 또는 음전하)를 집중시키기 위하여, 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판을 가로질러 구동되는 외부 전류. 외부 전류는 직류 또는 교류일 수 있다.
- 박막 재료 및/또는 기판의 응답을 향상시키기 위해 박막 재료의 선택된 영역 및/또는 기판의 선택된 영역에 자유 전하 캐리어(양전하 또는 음전하)를 집중시키기 위하여, 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판을 바이어스(bias)하기 위하여 인가된 외부 전압. 인가되는 외부 전압은 직류 또는 교류일 수 있다.
자유 전하 캐리어 분포의 변화는 맥스웰의 방정식을 따르고 박막 구조물의 응답을 향상시키기 위해 적용된다 (자유 전하 캐리어 분포의 변화는 박막 구조물의 전도도 변화를 생성한다). 외부 전계, 전압원 및 전류원은 연속적 또는 교번적 일 수 있고, 균일하거나 불균일 할 수 있다.
적용될 수 있는 다른 외부 인자는 다음과 같다:
- 박막 재료 및/또는 기판의 기계적 성질에 국부적 방해를 도입하는, 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판에 적용되는 외부 표면 음파.
- 박막 재료 및/또는 기판에 표면 압축-응력 변형을 도입하는, 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판에 적용되는 외부 기계적 강도.
- 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판에 적용되는 외부 가열 또는 냉각.
- 박막 재료 및/또는 박막 재료가 형성되는 기판에 적용되는 화학 작용 및 반응.
다른 측면에서, 계산 장치가 개시된다. 상기 계산 장치는 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리는 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령을 저장할 수 있다. 상기 명령은 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 박막 재료를 검사하는 방법을 실행하는 기능을 포함 할 수 있다.
또 다른 측면에서, 컴퓨터 프로그램 제품이 개시된다. 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 계산 장치가 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 박막 재료를 검사하는 방법을 수행하도록 유발하는 명령을 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 프로그램 제품은 저장 매체(예를 들어, CD-ROM, DVD, USB 드라이브, 컴퓨터 메모리 또는 판독 전용 메모리) 상에 구현될 수 있거나 또는 캐리어 신호(예를 들어, 전기적 또는 광학적 캐리어 신호)에서 운반될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 소스 코드, 객체 코드, 코드 중간 소스 및 부분적으로 컴파일된 형태와 같은 객체 코드의 형태일 수 있거나, 또는 프로세스의 구현에 사용하기에 적합한 임의의 다른 형태일 수 있다. 캐리어는 컴퓨터 프로그램을 운반할 수 있는 임의의 개체 또는 장치일 수 있다.
예를 들어, 캐리어는 CD ROM 또는 반도체 ROM과 같은 ROM, 또는 하드 디스크와 같은 자기 기록 매체와 같은 저장 매체를 포함 할 수있다. 또한, 캐리어는 전기 또는 광 케이블을 통하거나 또는 라디오 또는 다른 수단에 의해 전송될 수 있는, 전기 또는 광학 신호와 같은 전송 가능한 캐리어일 수 있다.
컴퓨터 프로그램이 케이블 또는 다른 장치 또는 수단에 의해 직접 전송될 수 있는 신호로 구현되는 경우, 해당 케이블 또는 다른 장치 또는 수단에 의해 캐리어가 구성될 수 있다.
대안적으로, 캐리어는 프로그램이 내장된 집적 회로일 수 있고, 집적 회로는 관련 프로세스를 수행하거나, 또는 그 수행에 사용되도록 조정될 수 있다.
실시예의 상세한 설명
도 1b는 일 실시예에 따른 박막 재료의 품질을 결정하기 위한 장치를 도시한다. 장치(100)는 하우징(110), THz 모듈(120) 및 반사 베이스(130)를 포함할 수 있다. THz 모듈(120)은 THz 소스 에미터(122) 및 THz 검출기(124)를 포함할 수 있다. 박막 재료(140)가 기판(135)의 상부에 도시되어 있다. 액츄에이터(160)는 반사 베이스(130)를 선택적으로 이동시켜 THz 소스 에미터(122)와 박막 재료(140)의 표면 사이의 거리뿐만 아니라 조사의 입사 지점을 변화시킬 수 있다.
샘플 검사 프로세스 동안, 측정될 샘플(140)은 신호의 반사를 최대화하기 위해 반사 베이스(130) 상에 배치된다. 반사 베이스(130)는 금속 베이스일 수 있다. 그러나, 반도체 재료(예를 들어, 도핑된 실리콘 또는 유사한 재료)와 같이 높은 전도도를 갖는 다른 재료, 즉 THz 주파수 범위에서 높은 반사율을 갖는 재료가 반사 베이스(130)의 재료로서 사용될 수 있다. 이제, 액츄에이터(160)는 반사 베이스(130) 및 그에 배치된 임의의 샘플을 3차원으로 이동 및/또는 롤링하도록 구성된 XYZ 선형 액츄에이터 및/또는 RX, RY, RZ 롤 액츄에이터일 수 있다. 예를 들어, 액츄에이터(160)는 선형 스테이지 XYZ 액츄에이터(또는 복합 박막 재료용 6 축 액츄에이터)일 수 있다. 신호를 반사 베이스(130)의 표면에 포커싱하기 위해, 액츄에이터(160)를 사용하여 샘플(140)을 Z 방향으로 이동시켜 소스 에미터(122)와 샘플(140) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 초점 길이는 시스템에 이용되는 광학 구성 요소의 파라미터에 의해 주어질 수 있다. Z 방향의 거리는 수동으로 조절되거나 또는 기판과 반사 베이스 사이의 계면에서 반사된 신호를 최대화하기 위한 전동 스테이지를 사용하여 조정할 수 있다.
초기에, 노출된 기판(135) 및 반사 베이스(130) 사이의 계면으로부터의 정보를 포함하는 신호를 얻기 위하여, 노출된 기판(135)을 사용하여 기준 측정을 수행할 수 있다. 얻어진 신호를 분석하여, 상기 계면과 관련된 신호 부분을 분리하기 위해 시간 윈도우(temporal window)를 적용할 수 있고, 그것의 스펙트럼을 계산하기 위해 푸리에 변환을 사용할 수 있다.
둘째로, 박막 재료(140)를 갖는 기판(135)를 도입할 수 있고 유사한 측정을 수행할 수 있다. 그 결과, 기판(135)과 반사 베이스 사이의 계면과 관련된 신호의 스펙트럼이 얻어지고, 이것은 기판(135) 및 박막(140)의 투과 특성에 대한 정보를 포함한다.
도 1c는 재료의 온라인 THz 검사를 위한 독립형 장치의 예를 도시한다. 상기 장치는 THz 모듈(120A) 또는 다수의 THz 모듈, 및 박막 구조물이 분석될 수 있는 롤-투-롤(roll-to-roll) 반사 베이스(130A)를 포함한다. 롤-투-롤 반사 베이스는 그 상부의 임의의 박막 구조물과 함께 제 1 방향(x)을 따라 이동할 수 있는 반면, THz 모듈은 임의의 방향(xyz)으로 이동할 수 있다. 따라서, 박막 구조물의 임의의 지점을 제조 공정 중에 측정할 수 있다.
도 1d는 박막을 기판 상에 증착한 경우 THz 신호 반사 측정의 시간 윈도우를 갖는 예시적인 그래프를 도시한다. 이 그래프에서 구조 막-기판에 걸친 반사된 신호의 진폭이 표시된다. 제1 시간 주기 동안, 공기-막-기판 계면으로부터의 반사가 수신된다. 그 다음, 제2 시간 주기 동안 기판-베이스 계면으로부터의 반사가 수신된다. 노출된 기판을 측정할 때 유사한 그래프 특성이 생성될 수 있다.
박막 샘플을 갖는 샘플에 대한 기준 측정 및 결과를 사용하여, 박막층을 통한 투과율에 따라 달라지는 상대 반사율을 다음 식을 사용하여 박막 샘플에 대해 계산할 수 있다:
여기서, R 공기-기판 은 기판-베이스 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사를 고려할 때의 노출된 기판 샘플의 전체 반사율이고, R 공기-막-기판 은 박막을 기판 상에 증착한 경우 및 기판-베이스 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사를 고려한 경우의 샘플의 전체 반사율이다.
식 1 및 2에 제시된 바와 같이, t13은 공기-기판 계면을 통한 투과 프레넬(Fresnel) 계수이고, r31은 기판-공기 계면으로부터의 반사 프레넬 계수이고, t는 공기-막-기판 계면을 통한 투과 프레넬 계수이고, r은 기판-막-공기 계면으로부터의 반사 프레넬 계수이며, 이들은 다음과 같이 정의된다:
여기서, n1은 공기의 굴절률, n3는 기판의 굴절률, Z0는 진공 임피던스, σ는 박막층의 시트 전도도이다.
따라서, 상대 반사율 Rrel은 다음과 같이 주어진다:
박막의 상대 투과율을 알면 샘플의 해당 지점에서의 시트 전도도를 계산할 수 있다.
액츄에이터(160)를 사용하여 전도성 베이스(130)를 XYZ 방향으로 이동 시키면, 샘플(140)이 방출원(122)에 대해 이동하고, 샘플(140)의 다음 지점에서 동일한 측정 절차 및 THz 시트 전도도의 계산이 반복된다.
결과적으로, 샘플(140)의 품질을 나타내는 THz 전도도의 지도를 얻을 수 있다. 다양한 박막 재료 샘플의 THz 전도도 지도의 몇 가지 예를 도 1e에 도시하였다. 도 1e에 도시된 샘플의 면적은 10mm x 10mm이다. 도시된 픽셀 크기는 약 250 um이다. 사용된 조사 주파수는 0.5 THz였다. 전도도 단위는 밀리지멘스(mS)이다. 왼쪽 그래프는 전도도가 다른 영역을 식별할 수 있는 박막 재료의 불균일한 샘플을 도시한다. 오른쪽에는, 매우 낮은 품질의 박막 재료 샘플이 제공된다. 이 샘플에는 명확하게 다른 두 영역이 도시된다. 마지막으로, 중앙의 박막 재료 샘플은 전도도의 균일한 분포를 나타낸다.
도 2는 품질 측정 프로세스의 예를 도시한다. THz 모듈(220)은 박막(240)을 조사한다. 박막(240)은 기판(235)의 상부에 위치한다. 구조물은 반사 베이스(230) 상에 놓인다. THz 모듈(220)은 기판(235)과 베이스(230) 사이의 계면으로부터의 정보를 포함하는 조사의 반사를 수신한다. 상기 장치는 상기 반사 측정 단독으로 또는 박막 없이 수행된 유사한 반사 측정과 조합하여 박막(240)의 특정 조사 지점에서 품질을 나타내는 파라미터, 예를 들어 전도도를 계산할 수 있다. 따라서, 2개의 반사 신호의 차이는 박막 재료에만 기인하는 신호일 것이다.
도 3은 품질 측정 프로세스의 다른 예를 도시한다. THz 모듈(320)은 박막(340)을 조사한다. 박막(340)은 기판(335)의 상부에 위치한다. 기판은 반사 베이스(330) 상에 놓인다. THz 모듈(320)은 박막 재료(340)과 기판(335) 사이의 계면으로부터의 조사의 반사뿐만 아니라 기판(335)과 반사 베이스(330) 사이의 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사를 수신한다. 다시, 상기 장치는 상기 2개의 반사 측정에 기초하여 또는 박막 없이 수행된 유사한 반사 측정과 조합하여 박막(340)의 특정 조사 지점에서 품질을 나타내는 파라미터, 예를 들어 전도도를 계산할 수 있다. 따라서, 대응하는 반사 신호 간의 차이는 박막 재료에만 기인하는 신호일 것이다.
도 4는 품질 측정 프로세스의 또 다른 예를 도시한다. 다시, 박막(440)이 구조물(435)의 상부에 위치한다. 구조물은 반사 베이스(430) 상에 놓인다. 도 4에 도시된 바와 같이, 조사는 경사진다. 박막 재료 및 기판의 크기(두께)는 명확성을 위해 과장되어 있음을 유의해야 한다. 검사 시스템의 스폿 크기를 고려하면 출입 지점은 실질적으로 동일하다. 즉, THz 모듈(420)은 THz 소스 에미터(422) 및 THz 검출기(424)를 포함한다. THz 소스(422)는 박막(440)을 조사한다. THz 검출기(424)는 기판(435)의 표면으로부터의 정보를 포함하는 반사 및 전도성 베이스(430)의 표면으로부터의 정보를 포함하는 다른 반사를 수신한다. 처리 모듈은 각각의 반사의 입사각에 기초하여 측정치를 보정할 수 있다. 예를 들어, 각각의 반사 신호는 그것의 x 및 z 방향 벡터로 분석할 수 있다. 그 다음, 샘플의 상대 반사율을 결정하는 데 z 벡터만 사용할 수 있다.
도 5는 THz 모듈과 박막 사이의 상대 이동이 발생할 수 있는 3개의 선형 방향 (및 3개의 회전)을 도시한다. 측정 과정에서 조사의 초점을 향상시키기 위하여 z 축 이동을 사용할 수 있고, 박막의 다른 지점에 초점을 맞추기 위해 x, y 축 이동을 사용하여 박막을 이동할 수 있다. 이러한 방식으로 박막 재료의 모든 지점에 대해 지도를 생성할 수 있다.
도 6a는 재료의 오프-라인 THz 검사를 위한 독립형 장치의 예를 도시한다. 장치(610)는 THz 모듈(620), 박막 구조물이 증착될 수 있는 반사 베이스(630) 및 제어 패널(650)을 포함한다. 도 6b는 도 6a의 독립형 장치의 반사 베이스의 세부 사항 및 액츄에이터의 예를 도시한다. 반사 베이스(630)는 THz 모듈(620)에 대해 이동할 수 있다. 액츄에이터(660)는 베이스(630)를 세 방향 모두로 이동시킬 수 있다. 반사 베이스(630) 상에 증착된 한 쌍의 박막 구조물(640)(기판을 갖는 박막)이 도시되어있다.
도 7은 일 실시예에 따른 박막 재료를 검사하는 방법의 흐름도이다. 제1 단계(710)에서, 박막 재료는 THz 소스 에미터로 조사된다. 그 다음, 단계(720)에서, 박막 재료로부터의 정보를 포함하는 적어도 하나의 조사의 반사가 측정된다. 단계(730)에서, 상기 적어도 하나의 반사 측정에 기초한 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터, 예를 들어 전도도가 계산된다. 단계(720)는 박막 재료와 기판 사이의 계면으로부터의 정보를 포함하는 제1 반사를 측정하는 단계(722)를 포함할 수 있다. 단계(720)는 추가적으로 또는 대안적으로 기판과 베이스 사이의 계면으로부터의 정보를 포함하는 제2 반사를 측정하는 단계(724)를 포함할 수 있다. 또한, 단계(730)에서의 계산은 박막이 존재하지 않을 때 반사 측정치로부터의 입력을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계(705)에서 노출된 기판을 조사할 수 있다. 이후, 단계(715)에서, 조사의 적어도 하나의 반사가 측정된다. 따라서, 단계(715)는 공기와 기판 사이의 계면으로부터의 정보를 포함하는 제1 반사를 측정하는 단계(717)를 포함할 수 있다. 단계(715)는 추가적으로 또는 대안적으로 기판과 베이스 사이의 계면으로부터의 정보를 포함하는 제2 반사를 측정하는 단계(719)를 포함 할 수있다.
다수의 특정 구현예 및 실시예만이 본 명세서에 개시되었지만, 당업자는 다른 대안적인 구현예 및/또는 사용 및 명백한 변형 및 이들의 균등물이 가능함을 이해할 것이다. 또한, 본 개시는 기술된 특정 구현예의 모든 가능한 조합을 포함한다. 따라서, 본 발명의 범위는 특정 구현예에 의하여 제한되어서는 안된다.
또한, 도면을 참조하여 기술된 예들이 계산 장치/시스템들 및 계산 장치/ 시스템에서 수행되는 프로세스들을 포함하지만, 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램, 특히 시스템을 실행하기에 적합한 캐리어 상의 또는 캐리어 내의 컴퓨터 프로그램으로 확장된다. 프로그램은 소스 코드, 객체 코드, 코드 중간 소스 및 부분적으로 컴파일된 형태와 같은 객체 코드의 형태일 수 있거나, 또는 본 발명에 따른 프로세스의 구현에 사용하기 적합한 임의의 다른 형태일 수 있다. 캐리어는 프로그램을 운반 할 수 있는 개체 또는 장치일 수 있다.
예를 들어, 캐리어는 CD ROM 또는 반도체 ROM과 같은 ROM, 또는 플로피 디스크 또는 하드 디스크와 같은 자기 기록 매체와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다. 또한, 캐리어는 전기 또는 광 케이블을 통하거나 또는 라디오 또는 다른 수단에 의해 전송될 수 있는, 전기 또는 광학 신호와 같은 전송 가능한 캐리어일 수 있다. 프로그램이 케이블 또는 다른 장치 또는 수단에 의해 직접 전송될 수 있는 신호로 구현되는 경우, 해당 케이블 또는 다른 장치 또는 수단에 의해 캐리어가 구성 될 수있다. 대안적으로, 캐리어는 프로그램이 내장된 집적 회로일 수 있고, 집적 회로는 관련 프로세스를 수행하거나, 또는 그 수행에 사용되도록 조정될 수 있다.
Claims (39)
- 전도도를 계산하여 박막 재료의 품질을 결정하기 위한 장치로서, 상기 박막 재료가 노출된 기판 상에 제공되고, 상기 박막 재료 및 상기 노출된 기판이 박막 재료 구조물을 형성하고, 상기 장치가,
하우징;
THz 소스 에미터 및 THz 검출기를 포함하는 THz 모듈; 및
상기 THz 모듈에 대해 이동할 수 있고 상기 박막 재료 구조물을 지지하도록 구성된 반사 베이스를 포함하고,
상기 THz 소스 에미터가 상기 박막 재료를 조사(irradiate)하도록 구성되고, 상기 THz 검출기가 공기, 상기 박막 재료 및 상기 노출된 기판으로부터의 정보를 포함하는 제1 반사; 및 상기 박막 및 상기 노출된 기판을 2회 통과한 후의 상기 박막 재료, 상기 노출된 기판 및 상기 반사 베이스로부터의 정보를 포함하는 제2 반사를 포함하는 단일 신호를 측정하도록 구성되고, 상기 장치가 상기 제1 반사 및 상기 제2 반사를 포함하는 상기 단일 신호의 함수로서 상기 박막 재료의 전도도를 계산하도록 구성된, 장치. - 제1항에 있어서, 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 상기 계산된 전도도의 함수로서 계산하도록 더 구성된, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 THz 소스 에미터 및 상기 THz 검출기가 단일 THz 소스/검출기 모듈에 통합되고, 조사 및 반사 방향이 겹쳐지는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 THz 소스 에미터 및 상기 THz 검출기가 분리되어 있고, 조사가 입사각 α 로 경사진, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막 재료가 원자적으로 얇은 재료를 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막 재료가 그래핀을 포함하는, 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 박막 재료가 단층 그래핀 샘플을 포함하는, 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 박막 재료가 다층 그래핀 샘플을 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막 재료가 전이 금속 디칼코제나이드를 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막 재료가 전이 금속 산화물을 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막 재료가 절연 육각형 질화 붕소(BN), 비스무트 텔루라이드(Bi2Te3), 비스무트 셀레나이드(Bi2Se3), ZnCuS, 산화인듐주석(ITO), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), TiO2, 인듐 갈륨 주석 산화물(IGZO), 니오븀 카바이드(NbC), STO/LAO와 같은 GaAs/GaAlAs 헤테로구조 전도성 인터페이스 또는 초전도 La2CuO4와 같은 산화물 전도성 박막 및 자기 LCMO 중 하나인, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막 재료가 그래핀 분말, 플레이크 또는 리본과 같은 그래핀의 대안 형태로 도핑된 재료, 캡슐화된 박막 또는 외부로 도핑된 박막을 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사 베이스가 금속 또는 도핑된 반도체인, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 표시부를 갖는 제어 패널 및 스위치와 같은 제어 요소를 더 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 THz 모듈이 상기 하우징 내에 하우징되고 상기 반사 베이스가 상기 하우징에 대하여 이동할 수 있는, 장치.
- 제15항에 있어서, 상기 조사의 입사 지점뿐만 아니라 상기 THz 소스 에미터 및 상기 박막 재료의 표면 사이의 거리 및/또는 각을 변화시키도록 상기 반사 베이스를 선택적으로 이동 및/또는 롤링하도록 구성된, XYZ 선형 액츄에이터 및/또는 RX, RY, RZ 롤 액츄에이터를 더 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사 베이스가 상기 하우징 내에 하우징되고 상기 THz 모듈이 상기 하우징에 대하여 이동할 수 있는, 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 조사의 입사 지점뿐만 아니라 상기 THz 소스 에미터 및 상기 박막 재료의 표면 사이의 거리 및/또는 각을 변화시키도록 상기 THz 모듈을 선택적으로 이동 및/또는 롤링하도록 구성된, XYZ 선형 액츄에이터 및/또는 RX, RY, RZ 롤 액츄에이터를 더 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 THz 소스 에미터가 0.1 THz 내지 30 THz의 범위에서 작동하도록 구성된, 장치.
- 제19항에 있어서, 상기 THz 소스 에미터가 펄스된 에미터이거나 또는 연속파(CW) 에미터이고, 상기 단일 신호의 진폭 및 위상이 등가 시간-도메인 신호를 얻기 위해 제공되는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단일 신호에 응답하여 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하는 처리 모듈을 더 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단일 신호를 원격 처리 모듈에 전송하는 통신 모듈을 더 포함하는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 장치가 상기 박막 재료의 제조 라인에 통합되고 상기 박막 재료의 제조 중에 상기 박막 재료를 검사하도록 구성된, 장치.
- 전도도를 계산하여 박막 재료의 품질을 결정하는 방법으로서, 상기 박막 재료가 노출된 유전체 기판 상에 제공되어 박막 재료 구조물을 형성하고, 상기 방법이,
반사 베이스 상에 상기 박막 재료 구조물을 제공하는 단계;
상기 박막 재료 구조물을 THz 소스 에미터로 조사하는 단계;
상기 박막 재료 구조물로부터 반사된 단일 신호를 측정하는 단계로서, 상기 단일 신호가 공기, 상기 박막 재료 및 상기 노출된 유전체 기판으로부터의 정보를 포함하는 제1 반사; 및 상기 박막 및 상기 노출된 유전체 기판을 2회 통과한 후의 상기 박막 재료, 상기 노출된 유전체 기판 및 상기 반사 베이스로부터의 정보를 포함하는 제2 반사를 포함하는 단계; 및
상기 제1 반사 및 상기 제2 반사를 포함하는 상기 단일 신호의 함수로서 상기 박막 재료의 전도도를 계산하는 단계를 포함하는 방법. - 제24항에 있어서, 상기 박막 재료가 증착된 경우 상기 단일 신호가 기판-반사 베이스 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사이고, 상기 방법이,
상기 노출된 유전체 기판을 상기 THz 소스 에미터로 조사하는 단계;
상기 노출된 유전체 기판을 분석할 때 상기 기판-반사 베이스 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사를 측정하는 단계; 및
상기 반사 측정에 기초하여 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제24항에 있어서, 상기 박막 재료가 증착된 경우 상기 단일 신호가 공기-막-기판 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사를 포함하고, 상기 방법이,
상기 노출된 유전체 기판을 상기 THz 소스 에미터로 조사하는 단계;
상기 노출된 유전체 기판을 분석할 때 공기-기판 계면으로부터의 정보를 포함하는 상기 제1 반사를 측정하는 단계; 및
상기 반사 측정에 기초하여 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제24항에 있어서, 상기 박막 재료가 증착된 경우 상기 단일 신호가 공기-막-기판 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사를 포함하고; 상기 방법이,
상기 반사 측정에 기초하여 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제24항에 있어서, 상기 박막 재료가 증착된 경우 상기 단일 신호가 공기-박막 계면으로부터의 정보를 포함하는 반사를 포함하고; 상기 방법이,
상기 반사 측정에 기초하여 상기 박막 재료의 품질을 나타내는 파라미터를 계산하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정하는 단계가 상기 박막 재료의 여러 지점에서 상기 단일 신호를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박막 재료의 복수의 지점에서 상기 단일 신호를 측정하는 단계;
상기 복수의 지점에서 상기 박막 재료의 전도도를 계산하는 단계; 및
상기 박막 재료의 전도도 지도(conductivity map)를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막 재료 구조물을 하나 이상의 외부 힘, 프로세스, 및/또는 전자기 방사선에 노출시켜 상기 박막 재료 및/또는 상기 기판의 물리적 또는 화학적 특성을 변형시키고, 상기 박막 재료 및/또는 상기 기판의 적어도 하나의 특성을 향상시켜 상기 박막 품질을 나타내는 파라미터의 계산을 용이하게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제31항에 있어서, 상기 하나 이상의 외부 힘이 하나 이상의 외부 전계, 전압원 및/또는 전류원이고, 상기 적어도 하나의 특성이 상기 박막 구조물의 선택된 영역의 양 또는 음의 자유 전하 캐리어의 분포인, 방법.
- 제31항에 있어서, 상기 하나 이상의 외부 힘이 자기장 에미터에 의해 생성되는 외부 자기장이고, 상기 외부 자기장 상에 상기 박막 재료가 형성되는, 방법.
- 메모리 및 프로세서를 포함하고, 상기 메모리가 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 명령을 저장하고, 상기 명령이 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따라 전도도를 계산하여 박막 재료의 품질을 결정하는 방법을 실행하는 기능을 포함하는, 계산 장치.
- 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
계산 장치가 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따라 전도도를 계산하여 박막 재료의 품질을 결정하는 방법을 수행하도록 보장하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품. - 삭제
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