KR20160124406A - 테라헤르츠파를 이용한 비접촉 방식의 시편 분석장치 및 분석방법 - Google Patents
테라헤르츠파를 이용한 비접촉 방식의 시편 분석장치 및 분석방법 Download PDFInfo
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Abstract
테라헤르츠파를 이용한 비접촉 방식의 시편 분석장치 및 분석방법을 제공한다. 상기 분석장치는 도전성 물질층을 구비하는 시편에 테라헤르츠파를 조사하는 방출부와 상기 시편에서 반사되는 테라헤르츠파 또는 상기 시편을 통해 투과되는 테라헤르츠파를 수신하는 수신부를 구비할 수 있다. 또한, 상기 분석장치는 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 상기 도전성 물질층의 면저항을 분석하는 면저항 분석부, 상기 도전성 물질층의 피복 밀도를 분석하는 피복 밀도 분석부, 상기 도전성 물질층의 성분을 분석하는 성분 분석부, 및 상기 도전성 물질층의 두께를 분석하는 두께 분석부로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 특성 분석부, 상기 특성 분석부에서 도출된 결과를 영상으로 표시하는 표시부, 및 상기 특성 분석부에 정보를 입력할 수 있는 입력부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 비접촉 방식의 시편 분석장치에 관한 것으로, 구체적으로는 테라헤르츠파를 이용한 비접촉 방식의 시편 분석장치에 관한 것이다.
최근, 휴대폰 및 TV 등의 디스플레이와 터치패널, 태양전지, 또한 전자신문 등과 같은 플렉시블 제품에 대한 관심과 수요가 증대되면서 고성능의 전자소자 제품이 요구되고 있다. 이러한 고성능의 전자소자는 일정 수준 이하의 전기 저항과 저항 균일도를 요구하며, 이를 위해서는 이러한 소자들에 대한 저항 측정이 필수적으로 수행되어야 한다.
현재, 전자소자 등의 저항을 측정하기 위한 방법으로는, 4-포인트 프로브를 통한 면저항 측정 방법이 가장 대표적으로 사용되고 있으며, 이는 프로브 4개를 측정대상이 되는 시편에 접촉하여 첫 번째 및 네 번째 프로브에 일정한 전압을 걸어주고, 두 번째 및 세 번째 프로브 사이에 흐르는 전류를 측정하거나, 또는 두 번째 및 세 번째 프로브 사이에 일정한 전류를 흘려주고, 첫 번째 및 네 번째 프로브 사이에 걸리는 전압을 측정하여, 옴(Ohm)의 법칙을 통해 저항을 측정하는 방법이다. 그러나, 이러한 측정방법은 접촉되는 프로브 4개에 의하여 시편이 손상을 입는다는 단점이 있다. 특히, 대면적에 대한 저항을 측정하기 위해서 측정 면적을 증가시키면 시편의 손상 면적도 함께 증가하며, 시편과 측정기 사이를 멀게 함으로써 측정 면적을 증가시키고자 하는 경우에는 정확도가 떨어지는 단점이 있다. 더 나아가, 시편의 가장자리 부분에서 측정된 면저항은 측정 시에 편차가 심하여 측정 자체가 불가능하다는 문제점도 있다.
이러한 접촉 방식에 의한 저항측정의 단점을 극복하고자, 종래에 전자기파에서 발생되는 전계를 이용한 비접촉 방식의 저항 측정 방법 및 장치들이 제안된 바 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0106107호에서는 비접촉 방식의 시트저항 측정기를 개시하고 있으며, 구체적으로는 반도체 웨이퍼 또는 렌즈 등과 같은 시트의 저항성분을 비접촉 방식으로 측정하는 시트저항 측정기에 관한 것으로서, 전자기파 송신기에 의해 형성되는 전자기파의 전계 방향에 평행하도록 피측정물을 근접 위치시키고, 전자기파 수신기에서 피측정물에서의 전계 흡수를 검출하여 저항값을 비접촉식으로 측정하는 비접촉 방식의 시트저항 측정기를 개시하고 있다.
또한, 일본국 공개특허공보 제2003-227855호에서는 표면 저항 측정 방법 및 장치를 개시하고 있으며, 구체적으로는 금속, 초전도체, 반도체 중 어느 하나에 대한 면저항을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 기판 홀더에 표면 저항값을 갖는 비교 대조 도체와 평행하게 피측정물을 장착하고, 상기 피측정물과 소정 거리로 이격되게 유전체 로드를 고정한 후, 상기 유전체 로드에 고주파 전자파를 인가해 전자계를 발생시켜 도체와 피측정물을 공진시켜, 상기 공진 현상으로부터 피측정물의 면저항을 측정하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 전술한 전계를 이용한 면저항 측정 장치 또는 방법의 경우, 접촉 방식에 비해서 그 정확도가 떨어질 뿐만 아니라, 피측정물, 예를 들어 투명전극 및 전자소자의 어떠한 위치에 손상이 발생하였는지 파악하는 것도 불가능하여 면저항 측정에 따른 성능 평가 및 저항 균일도 측정에 따른 신뢰성 평가를 동시에 수행하는 것은 불가능하다는 단점이 있다.
한편, 테라헤르츠파는 마이크로파와 광파 사이에 위치한 전자기파로서, 전파의 투과성과 광파의 흡수성을 동시에 가지고 있으며, 다양한 물질 (플라스틱, 세라믹, 종이, 고무, 옷 등)을 잘 투과하고, 금속에서는 모두 반사되는 성질을 갖고 있다. 따라서, 테라헤르츠파를 전자소자에 조사하게 되면, 전극을 지지하는 고분자 화합물 소재의 기판은 투과하고, 금속 소재의 전극에서는 반사된다. 이로 인해서, 기판 상의 전극 손상 부분에서는 반사되는 파의 세기가 감소하거나, 투과되는 파의 세기가 강해지게 된다. 그러므로, 이러한 테라헤르츠파 고유의 특성을 활용하여 효과적으로 전자소자의 면저항을 비접촉 방식에 의해서 측정할 수 있는 장치 및 방법을 개발할 필요성이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 테라헤르츠파를 이용한 비접촉 방식의 시편 분석장치 및 분석방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 테라헤르츠파를 이용한 비접촉 방식의 시편 분석장치를 제공한다. 상기 분석장치는 도전성 물질층을 구비하는 시편에 테라헤르츠파를 조사하는 방출부와 상기 시편에서 반사되는 테라헤르츠파 또는 상기 시편을 통해 투과되는 테라헤르츠파를 수신하는 수신부를 구비할 수 있다. 또한, 상기 분석장치는 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 상기 도전성 물질층의 면저항을 분석하는 면저항 분석부, 상기 도전성 물질층의 피복 밀도를 분석하는 피복 밀도 분석부, 상기 도전성 물질층의 성분을 분석하는 성분 분석부, 및 상기 도전성 물질층의 두께를 분석하는 두께 분석부로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 특성 분석부, 상기 특성 분석부에서 도출된 결과를 영상으로 표시하는 표시부, 및 상기 특성 분석부에 정보를 입력할 수 있는 입력부를 포함할 수 있다.
상기 면저항 분석부는 하기 수학식 1을 사용하여 상기 도전성 물질층의 면저항을 도출할 수 있다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, X는 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도 또는 투과도이고, a와 b는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질에 따른 값들이고, Rsh는 상기 도전성 물질층의 면저항이다.
상기 특성 분석부는 데이터 베이스를 더 포함하고, 상기 수학식 1에서의 a와 b는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질에 상응하여 상기 데이터 베이스에 저장된 기준값들이고, 상기 면저항 분석부는, 상기 입력부로부터 입력된 도전성 물질층을 구성하는 물질 정보에 기초하여 상기 데이터 베이스로부터 상기 수학식 1의 a 기준값과 b 기준값을 도출하고, 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도 또는 투과도, 상기 a기준값, 상기 b 기준값을 상기 수학식 1에 입력하여 면저항을 도출할 수 있다.
상기 면저항은 상기 도전성 물질층 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 각각의 면저항들이고, 상기 표시부는 상기 면저항 분석부로부터 도출된 면저항들을 영역별로 크기에 따라 명암을 달리하는 2차원 영상으로 표시할 수 있다.
상기 성분 분석부는, 상기 수학식 1을 사용하여 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질의 종류 또는 혼합비를 도출할 수 있다. 구체적으로, 상기 성분 분석부는, 상기 입력부로부터 상기 도전성 물질층의 두께를 달리하는 서로 다른 두 영역들의 면저항들을 입력 받고, 상기 두 영역들로부터 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도들 또는 투과도들을 입력 받아, 상기 두 영역들의 상기 반사도들 또는 투과도들, 그리고 상기 면저항들에 기초하여 상기 수학식 1과 같은 직선 외삽 함수(linear extrapolation function)를 산출하여 상기 수학식 1의 a값과 b값을 계산하고, 상기 a 계산값과 b 계산값을 상기 데이터 베이스에 저장된 a 기준값과 b 기준값과 각각 비교하여 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질의 종류 또는 혼합비를 도출할 수 있다.
상기 피복 밀도 분석부는 하기 수학식들 2와 3을 사용하여 피복 밀도를 도출할 수 있다.
[수학식 2]
상기 수학식 2에서, R은 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도이고, n은 상기 도전성 물질층의 굴절률이고, θ는 상기 테라헤르츠파의 상기 시편에 대한 입사각이고, na는 상기 시편 상부 매질의 굴절률이다.
[수학식 3]
상기 수학식 3에서, Dc는 상기 피복 밀도이고, n은 상기 도전성 물질층의 굴절율이고, b는 국소전기장에서의 무차원 상수(dimensionless constant value for local electric field)이고, NA는 아보가드로수(Avogadro's number)이고, α는 몰 분극률(molar polarizability)이고, M은 분자량이고, ρm은 밀도이되, 상기 국소전기장에서의 무차원 상수(b), 몰 분극률(α), 분자량(M), 및 밀도(ρm)는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질에 따른 값들이다.
상기 데이터 베이스는 상기 테라헤르츠파의 시편에 대한 입사각(θ), 상기 시편 상부 매질의 굴절률(na), 상기 국소전기장에서의 무차원 상수(b), 상기 몰 분극률(α), 상기 분자량(M), 및 상기 밀도(ρm)에 대한 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 피복 밀도는 상기 도전성 물질층 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 각각의 피복 밀도들이고, 상기 표시부는 상기 피복 밀도 분석부로부터 도출된 피복 밀도들을 영역별로 크기에 따라 명암을 달리하는 2차원 영상으로 표시할 수 있다.
상기 두께 분석부는 하기 수학식 4를 사용하여 상기 도전성 물질층의 두께를 도출할 수 있다.
[수학식 4]
상기 수학식 4에서, T는 상기 도전성 물질층의 두께이고, ν는 상기 테라헤르츠파의 속도이고, Δt는 상기 도전성 물질층의 상부 표면에서 반사되어 수신된 테라헤르츠파의 최대 강도가 나타난 시간과 상기 도전성 물질층의 하부 표면에서 반사되어 수신된 테라헤르츠파의 최대 강도가 나타난 시간의 차이값이고, θ는 테라헤르츠파의 시료에 대한 입사각이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 테라헤르츠파를 이용한 비접촉 방식의 시편 분석방법을 제공한다. 상기 분석방법은 도전성 물질층을 구비하는 시편에 테라헤르츠파를 조사하는 단계; 상기 시편에서 반사되는 테라헤르츠파 또는 상기 시편을 통해 투과되는 테라헤르츠파를 수신하는 단계; 및 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 상기 도전성 물질층의 면저항 분석, 상기 도전성 물질층의 피복 밀도 분석, 상기 도전성 물질층의 성분 분석, 및 상기 도전성 물질층의 두께 분석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 분석을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른 시편 분석 장치 및 분석 방법을 통해 시편의 각종 특성을 비접촉 방식에 의해 분석할 수 있으므로, 종래 접촉 방식에 따른 문제점들을 효과적으로 해결할 수 있다. 또한, 테라헤르츠파를 사용하여 시편의 면저항, 성분, 피복 밀도, 및 두께를 매우 우수한 신뢰성으로 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 시편 분석장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 시편 표면의 재질에 따라서 반사 또는 투과되는 테라헤르츠파를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 도시된 특성 분석부를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 시편 제조예 1에 따른 두께 경사도를 갖는 시편의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 5는 상기 시편 제조예 1에서 얻어진 도전성 물질층을 테라헤르츠파 분석장치를 사용하여 얻은 이미지이다.
도 6은 도 5에 도시된 포인트들로부터 반사된 테라헤르츠파의 시간에 따른 강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 다수의 영역들에서 반사된 테라헤르츠파의 반사도와 상기 영역들에서 실제 측정된 면저항의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 시편 제조예 1 내지 3에서 제조된 시편의 다수의 영역들에서 반사된 테라헤르츠파의 반사도와 상기 영역들에서 실제 측정된 면저항의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 각 포인트들을 촬영한 SEM(scanning electron microscope) 이미지들과 상기 SEM 이미지들로부터 계산된 실제 평균 다공도(average porosity)들을 나타낸 그림이다.
도 10은 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 각 포인트들의 반사도, 굴절율 및 표면 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 두께 측정을 위해 제조된 시편을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 12는 시편으로부터 반사된 테라헤르츠파의 시간에 따른 강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 시편 표면의 재질에 따라서 반사 또는 투과되는 테라헤르츠파를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 도시된 특성 분석부를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 시편 제조예 1에 따른 두께 경사도를 갖는 시편의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 5는 상기 시편 제조예 1에서 얻어진 도전성 물질층을 테라헤르츠파 분석장치를 사용하여 얻은 이미지이다.
도 6은 도 5에 도시된 포인트들로부터 반사된 테라헤르츠파의 시간에 따른 강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 다수의 영역들에서 반사된 테라헤르츠파의 반사도와 상기 영역들에서 실제 측정된 면저항의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 시편 제조예 1 내지 3에서 제조된 시편의 다수의 영역들에서 반사된 테라헤르츠파의 반사도와 상기 영역들에서 실제 측정된 면저항의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9는 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 각 포인트들을 촬영한 SEM(scanning electron microscope) 이미지들과 상기 SEM 이미지들로부터 계산된 실제 평균 다공도(average porosity)들을 나타낸 그림이다.
도 10은 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 각 포인트들의 반사도, 굴절율 및 표면 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 두께 측정을 위해 제조된 시편을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 12는 시편으로부터 반사된 테라헤르츠파의 시간에 따른 강도변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 시편 분석장치를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 비접촉식 시편 분석장치(100)는 시편(S)에 테라헤르츠파를 조사하는 적어도 하나의 방출부(110), 및 시편에서 반사되는 테라헤르츠파 또는 상기 시편을 통해 투과되는 테라헤르츠파를 수신하는 수신부(121, 122)를 포함할 수 있다. 상기 시편(S)은 스테이지(미도시) 상에 배치될 수 있다. 상기 방출부(110), 상기 수신부(121, 122), 및 상기 스테이지는 챔버(101) 내에 배치될 수 있다.
또한, 분석장치(100)는 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 시편의 특성을 분석하는 구체적으로는, 상기 수신된 테라헤르츠파로부터 필요한 데이터를 추출하고 이 데이터를 사용하여 시편의 특성을 분석하는 특성 분석부(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 특성 분석부(140)에서 도출된 결과는 표시부(150)를 통해서 사용자에 제공될 수 있고, 상기 특성 분석부(140)에 사용자가 특정 정보를 입력할 수 있는 입력부(160)가 연결될 수 있다.
상기 테라헤르츠파는 주파수 0.1-10 THz 범위의 30㎛ 내지 3㎜의 파장을 갖는 전자기파로, 가시광선이나 적외선 보다 파장이 길어 강한 투과력을 가지며, 직진성이 우수하기 때문에 외부 빛이 존재하는 곳에서도 측정 가능하여, 이를 이용한 분석장치는 외부 빛을 차단하는 별도의 장치를 구비하지 않을 수도 있다. 상기 테라헤르츠파는 광원은 펄스형 또는 연속형이며, 하나 또는 복수일 수 있다. 테라헤르츠파의 광원이 복수인 경우 2차원적으로 상기 시편(S)을 검사할 수 있다.
상기 수신부(121, 122)는 상기 시편(S)을 통해 반사 또는 투과된 테라헤르츠파를 전기 신호로 변환하여 상기 특성 분석부(140)로 송신할 수 있다. 또한, 상기 수신부는 상기 시편에서 반사되는 테라헤르츠파를 수신하는 반사파 수신부(121)와 상기 시편을 통해 투과되는 테라헤르츠파를 수신하는 투과파 수신부(122)로 나누어 질 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 수신부를 위치를 변경하여 반사파 수신부와 투과파 수신부로 사용할 수도 있다. 또한, 반사파 측정모드와 투과파 측정모드에 따라 수신부의 위치뿐만 아니라 방출부(110)와 시편(S)의 위치를 조절할 수 있다. 일 예로서, 반사파 측정모드에서는 시편(S) 표면의 법선의 양측에 방출부(110)와 반사파 수신부(121)가 상기 법선에 대해 소정의 각도로 배치될 수 있다. 이 때, 방출부(110)로부터 방출된 테라헤르츠파의 상기 법선에 대한 각(θ)은 테라헤르츠파의 상기 시편(S)에 대한 입사각 즉, 테라헤르츠파의 입사각으로 정의될 수 있다. 또한, 투과파 측정모드에서는 시편(S) 상부면의 상부에 방출부(110)가 배치될 수 있고, 시편(S) 하부면의 하부에 투과파 수신부(122)가 배치될 수 있는데, 방출부(110)와 투과파 수신부(122)의 각각은 시편(S) 표면에 대해 약 90도의 각도로 배치될 수 있다.
상기 시편(S)을 지지하는 스테이지(미도시)는 X축과 Y축으로 이동 가능할 수 있는데, 구체적으로 스테이지가 X축 또는 Y축으로 소정 간격씩 이동하여 테라헤르츠파가 시편(S) 표면 내 바둑판 모양의 가상의 모든 구역들에 조사될 수 있도록 할 수 있다. 한편, 투과파 측정 모드에서는 상기 스테이지는 테라헤르츠파를 모두 투과할 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 다만, 시편(S)이 테라헤르츠파가 조사되는 영역에 비해 충분히 작은 경우에는 스테이지는 움직이지 않을 수 있다. 또한, 스테이지는 상기 시편(S)을 이송시키도록 컨베이어(conveyer) 방식 또는 롤(roll) 방식 등으로 구성될 수 있다.
또한, 시편(S)은 기판(S2) 및 그 상부에 배치된 도전성 물질층(S1)을 구비할 수 있고, 상기 기판(S2)은 반도체 웨이퍼, 유리기판, 또는 고분자기판일 수 있다. 이러한 시편(S)은 제조 과정 중에 있는 전자소자 일 예로서, 전극이 형성된 반도체 웨이퍼, 전극이 형성된 유리기판, 또는 전극이 형성된 고분자 기판일 수 있다. 경우에 따라서는 상기 시편(S)은 상기 기판(S2)이 생략된 도전성 물질층(S1)으로만 이루어질 수도 있다.
상기 도전성 물질층(S1)은 금속 나노와이어 메쉬층(metal nanowire mesh layer) 또는 투명 전도성 금속 산화물층일 수 있다. 금속 나노와이어는 은, 구리, 니켈, 및 이들 중 둘 이상의 복합물질로 이루어진 군에서 선택되는 금속 나노와이어일 수 있다. 투명 전도성 금속 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)일 수 있다. 특히, 금속 나노와이어 메쉬층은 인듐을 포함하는 ITO층에 비해 낮은 가격으로 투명 도전막을 구현할 수 있고, 특히 구부러진 상태에서도 높은 전기전도도를 나타내어 유연 소자의 투명 전극 재료로 적용할 수 있다. 그러나, 이러한 금속 나노와이어 메쉬층은 금속 나노와이어들이 서로 중첩되어 무질서하게 배치된 형태이어서 일반적인 측정법으로는 전기적, 물리적 특성 그리고 결함여부 판단이 어렵다고 알려져 있다.
먼저, 방출부(110)로부터 조사된 테라헤르츠파는 시편(S) 구체적으로, 도전성 물질층(S1)을 투과하거나, 또는 시편(S) 구체적으로, 도전성 물질층(S1)의 표면으로부터 반사될 수 있다. 시편(S)을 투과하거나, 또는 시편(S)의 표면으로부터 반사되는 것은 시편의 재질에 따라 다를 수 있다. 구체적으로, 시편(S) 내에 금속 함유량이 높아질수록 조사된 테라헤르츠파가 반사되기 쉽고, 반사된 테라헤르츠파의 강도 즉, 반사파 수신부(121)에 수신된 테라헤르츠파의 강도가 커질 수 있다. 반면, 시편(S) 내에 고분자 화합물 함량이 높아질수록 조사된 테라헤르츠파는 투과되기 쉽고, 투과된 테라헤르츠파의 강도 즉, 투과파 수신부(122)에 수신된 테라헤르츠파의 강도가 커질 수 있다 (도 2 참조).
도 3은 도 1에서 도시된 특성 분석부를 구체적으로 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 특성 분석부(140)는 면저항 분석부(142), 피복 밀도 분석부(coverage density analyzing part, 143), 성분 분석부(145), 및 두께 분석부(147)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 분석부를 포함할 수 있다. 또한, 특성 분석부(140)는 데이터 추출부(141) 및/또는 데이터 베이스(149)를 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 추출부(141)는 수신부(121, 122)로부터 수신된 투과 또는 반사된 테라헤르츠파의 시간에 따른 강도변화로부터, 주요 데이터를 분석하는 요소일 수 있다. 상기 주요 데이터는 반사 또는 투과된 테라헤르츠파의 최대 강도일 수 있다. 또한, 상기 주요 데이터는 반사도 또는 투과도일 수 있고, 상기 반사도 또는 투과도를 분석하는 것은, 입력부(160)로부터 입력된 방출기(110)의 정보에 기초하여 데이터 베이스로(149)부터 방출기(110)에서 방출되는 테라헤르츠파의 고유 최대 강도를 도출하고, 상기 반사 또는 투과된 테라헤르츠파의 최대 강도의 상기 고유 최대 강도에 대한 비를 산출하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 주요 데이터는 시간에 따라 반사 또는 투과된 테라헤르츠파의 최대 강도들이 여러 개 검출되는 경우, 이들 최대 강도들에 해당하는 x축 값들 즉, 시간값들 일 수 있다.
상기 주요 데이터 구체적으로, 반사 또는 투과된 테라헤르츠파의 최대 강도 값은 시편 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 중 어느 하나의 영역의 최대 강도 값일 수 있는데, 테라헤르츠파를 상기 다수의 영역들에 조사하는 경우, 상기 데이터 추출부(141)는 각 영역의 최대 강도 값을 도출할 수 있고, 표시부(160)는 데이터 추출부(141)로부터 도출된 최대 강도 값을 영역 별로 크기에 따라 명암을 달리하는(예를 들어, 최대 강도 값이 클수록 높은 명도를 갖는) 영상으로 표시할 수 있다. 이를 통해서 시편의 표면 상태, 예를 들어 결함 여부를 육안으로 확인하는 것이 가능할 수 있다. 구체적으로, 다른 부분에 비해 최대 강도 값이 작은 영역은 낮은 명도를 갖는 영역으로 표시되고, 이와 같이 낮은 명도를 갖는 영역은 실제 결함이 있는 영역일 수 있다.
상기 면저항 분석부(142)는 시편(S) 구체적으로 도전성 물질층(S1)의 면저항을 분석하는 부분일 수 있다. 이러한 면저항 분석부(142)는 상기 데이터 추출부(141)로부터 반사도 또는 투과도를 수신하고, 입력부(160)로부터 입력된 도전성 물질층(S1)을 구성하는 물질 정보에 기초하여 데이터 베이스(149)로부터 하기 수학식 1의 a 기준값과 b 기준값을 도출하고, 상기 반사도 또는 투과도, 상기 a 기준값, 상기 b 기준값을 하기 수학식 1에 입력하여 면저항을 도출할 수 있다. 상기 도전성 물질층(S1)을 구성하는 물질 정보는 물질의 종류, 그리고 다수의 물질들을 함유하는 경우 물질 혼합비일 수 있다. 이 때, 물질 혼합비는 상기 도전성 물질층(S1)이 서로 다른 종류의 나노와이어들이 혼합되어 있는 층인 경우, 이들의 혼합비일 수 있다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, Rsh는 시편의 면저항이고, X는 반사도 또는 투과도이고, a와 b는 도전성 물질층을 구성하는 물질에 따른 값들이다.
한편, 상기 데이터 베이스(149)에 상기 a 기준값과 b 기준값에 대한 데이터 베이스를 구축하는 것은, 구성 물질의 종류 또는 다수의 구성 물질들을 함유하는 경우 이들의 혼합비를 알고 있고 두께가 서로 다른 영역들을 구비하는 도전성 물질층인 검정 시편의 영역 별 면저항 데이터를 획득하고, 상기 검정 시편의 각 영역을 통해 투과 또는 반사된 테라헤르츠파의 투과도 또는 반사도 데이터를 획득하고, 상기 투과도 또는 반사도를 X축으로 하고 상기 면저항의 상용로그 값을 Y축으로 하는 직선 외삽 함수(linear extrapolation function)을 산출하고, 이 직선 외삽 함수로부터 기울기값 즉, 상기 수학식 1의 기울기(a 기준값)과 Y절편(b 기준값)을 구하여, 구성 물질 정보(종류 또는 혼합비)와 이에 상응하는 a 기준값과 b 기준값을 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 면저항은 시편 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 중 어느 하나의 영역의 면저항일 수 있는데, 테라헤르츠파를 상기 다수의 영역들에 조사하는 경우, 상기 면저항 분석부(142)는 위에서 설명된 방법을 사용하여 각 영역의 면저항을 도출할 수 있고, 표시부(160)는 면저항 분석부(142)로부터 도출된 면저항을 영역별로 크기에 따라 명암을 달리하는(예를 들어, 면저항값이 클수록 낮은 명도를 갖는) 2차원 영상으로 표시할 수 있다. 이를 통해서 시편의 표면 상태, 예를 들어 결함 여부를 육안으로 확인하는 것이 가능할 수 있다. 구체적으로, 다른 부분에 비해 면저항값이 큰 영역은 낮은 명도를 갖는 영역으로 표시되고, 이와 같이 낮은 명도를 갖는 영역은 실제 결함이 있는 영역일 수 있다.
상기 성분 분석부(145)는 시편(S) 구체적으로 도전성 물질층(S1)의 종류 또는 혼합비를 분석하는 부분일 수 있다. 상기 혼합비는 상기 도전성 물질층(S1)이 서로 다른 종류의 나노 와이어들이 혼합되어 있는 층인 경우, 이들의 혼합비일 수 있다. 이러한 성분 분석부(145)는 입력부(160)로부터 상기 도전성 물질층(S1)의 두께를 달리하는 서로 다른 두 영역의 면저항 데이터들을 입력 받고, 상기 두 영역들에 각각 조사된 테라헤르츠파의 반사도 또는 투과도를 상기 데이터 추출부(141)로부터 입력 받아, 상기 두 영역들의 상기 반사도 또는 투과도, 그리고 면저항 데이터에 기초하여 직선 외삽 함수(linear extrapolation function)를 산출하여 상기 수학식 1의 a값과 b값을 계산하고, 이 a 계산값과 b 계산값을 데이터 베이스(149)에 저장된 a 기준값과 b 기준값과 각각 비교하여 가장 유사한 a 기준값과 b 기준값을 도출하고 도출된 a 기준값과 b 기준값에 상응하는 도전성 물질층(S1)의 종류 또는 혼합비를 도출할 수 있다.
상기 피복 밀도 분석부(143)는 시편(S)에서 기판(S2) 상에 도전성 물질층(S1)이 피복되어 있는 면적비율을 분석하는 부분일 수 있다. 이러한 피복 밀도 분석부(143)는 상기 데이터 추출부(141)로부터 반사도를 수신하고, 상기 반사도를 하기 수학식 2의 프레즈넬 방정식(Fresnel's euqation)에 입력하여 도전성 물질층(S1)의 굴절율을 계산하고, 상기 도전성 물질층(S1)의 굴절율을 하기 수학식 3에 입력하여 피복 밀도를 도출할 수 있다.
[수학식 2]
상기 수학식 2에서,
R은 테라헤르츠파의 반사도이고, n은 도전성 물질층의 굴절률이고, θ는 테라헤르츠파의 입사각이고, na는 시편 상부 매질의 굴절률이고, 일 예로서 공기의 굴절률이다. 시편 상부 매질의 굴절률(na)은 입력부(160)로부터 입력된 매질 정보에 기초하여 데이터 베이스(149)로부터 도출될 수 있고, 테라헤르츠파의 입사각(θ)은 입력부(160)로부터 입력되거나 또는 데이터 베이스(149)로부터 도출될 수 있다.
[수학식 3]
상기 수학식 3에서,
Dc는 피복 밀도이고, n은 도전성 물질층의 굴절율이고, b는 국소전기장에서의 무차원 상수(dimensionless constant value for local electric field)이고, NA는 아보가드로수(Avogadro's number)이고, α는 몰 분극률(molar polarizability)이고, M은 분자량이고, ρm은 밀도이다. 상기 국소전기장에서의 무차원 상수(b), 몰 분극률(α), 분자량(M), 및 밀도(ρm)은 입력부(160)로부터 입력된 도전성 물질층(S1)을 구성하는 물질 정보에 기초하여 데이터 베이스(149)로부터 도출될 수 있다.
한편, 상기 표면 밀도는 시편 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 중 어느 하나의 영역의 표면 밀도일 수 있는데, 테라헤르츠파를 상기 다수의 영역들에 조사하는 경우, 상기 표면 밀도 분석부(143)는 위에서 설명된 방법을 사용하여 각 영역의 표면 밀도를 도출할 수 있고, 표시부(150)는 표면 밀도 분석부(143)로부터 도출된 표면 밀도를 영역별로 크기에 따라 명암을 달리하는(예를 들어, 표면 밀도 값이 낮을수록 낮은 명도를 갖는) 영상으로 표시할 수 있다. 이를 통해서 시편의 표면 상태, 예를 들어 결함 여부를 육안으로 확인하는 것이 가능할 수 있다. 구체적으로, 다른 부분에 비해 표면 밀도가 낮은 영역은 낮은 명도를 갖는 영역으로 표시되고, 이와 같이 낮은 명도를 갖는 영역은 실제 결함이 있는 영역일 수 있다.
상기 두께 분석부(147)는 시편 즉, 도전성 물질층의 두께를 분석하는 부분으로서, 두께 분석의 경우 반사된 테라헤르츠파만을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 검출부로부터 도전성 물질층 상부 표면으로부터 반사된 테라헤르츠파와 도전성 물질층과 그 하부의 기판 또는 스테이지 사이의 계면으로부터 반사된 테라헤르츠파의 시간차(Δt)를 도출한 후, 이 시간차를 하기 수학식 4에 입력하여 두께값을 도출할 수 있다.
[수학식 4]
상기 수학식 4에서,
T는 시편의 두께이고, ν는 테라헤르츠파의 속도이고, Δt는 상기 시간차이고, θ는 반사파 측정모드에서는 테라헤르츠파의 입사각이다. 상기 테라헤르츠파의 속도와 테라헤르츠파의 입사각는 상기 데이터 베이스(149)로부터 도출될 수 있다.
상기 데이터 베이스(149)는 위에서 설명한 바와 같이 시편 특성 분석을 위해 필요한 데이터들이 저장된 것으로서, 구체적으로 방출기(110) 종류에 따른 테라헤르츠파의 고유 최대 강도, 테라헤르츠파의 속도(ν), 테라헤르츠파의 입사각(θ), 시편(S) 상부 매질의 종류에 따른 굴절률(na), 도전성 물질층을 구성하는 물질 성분 즉, 구성 물질의 종류 또는 다수의 구성 물질들을 함유하는 경우 이들의 혼합비에 따른 상기 수학식 1의 a 기준값과 b 기준값, 그리고 도전성 물질층을 구성하는 물질 종류에 따른 국소전기장에서의 무차원 상수(b), 몰 분극률(α), 분자량(M), 및 밀도(ρm)에 대한 정보를 저장하고 있을 수 있다.
이하, 본 발명을 실험예에 의해 상세히 설명한다. 다만, 하기 실험예들은 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.
시편 제조예 1
12.0㎜ × 3.5㎜ × 225㎛의 크기를 갖는 PET (polyethylene terephthalate) 기판을 준비하고, 상기 기판을 DI 워터와 에탄올 내에서 10분간 초음파 처리하여 표면 오염을 제거하였다. 증류수에 은 나노와이어(20 ~ 30 nm의 직경, 30 ~ 40㎛의 길이를 가짐)가 분산된 은 나노와이어 분산액을 제조하였으며, 여기에 바인더로서 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 (HPMC) 2.5 mg 및 증류수를 첨가한 후, 1시간 동안 초음파 처리하여, 은 나노와이어 함량이 0.15 중량%로 희석된 전극 형성용 페이스트를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 페이스트를 상기 PET 기판 위에 바 코팅기 (bar coater)를 사용하여 코팅하여 도전성 물질층을 형성한 후, 도전성 물질층 상에 적외선 램프(wavelength range: 800~1500 nm, 500 W; Adphos L40)를 350 W에서 10초 동안 동작시켜, 건조시켰다. 상기 페이스트를 코팅하기 전에, 상기 PET 기판 상에 테이프를 부착하여 도 4에 도시된 바와 같이, 도전성 물질층의 두께 경사도(gradient)를 구현하였다. 또한, 상기 도전성 물질층의 일부분을 샌드 페이퍼를 사용하여 닦아냄에 따라 상기 도전성 물질층 내에 결함부분을 고의로 만들었다.
시편 제조예 2
전극 형성용 페이스트 내에 함유된 전체 나노와이어의 중량을 100으로 할 때, 은 나노와이어가 75wt%로 함유되고 구리 나노와이어가 25wt%로 함유하도록 하는 것을 제외하고는 상기 시편 제조예 1과 동일하게 전극 형성용 페이스트를 제조하고 상기 전극 형성용 페이스트를 역시 시편 제조예 1과 동일한 방법으로 PET 기판 상에 코팅하여 시편을 제조하였다.
시편
제조예
3
은 나노와이어 대신에 구리 나노와이어(100wt%)를 사용한 것을 제외하고는 상기 시편 제조예 1과 동일하게 전극 형성용 페이스트를 제조하고 상기 전극 형성용 페이스트를 역시 시편 제조예 1과 동일한 방법으로 PET 기판 상에 코팅하여 시편을 제조하였다.
측정예
시편을 스테이지 상에 고정하고 0.1 THz 내지 3.0 THz의 주파수 범위를 갖는 테라헤르츠파를 상기 시편 상에 약 30도의 입사각으로 조사하였고, 상기 시편으로부터 반사된 테라헤르츠파를 수신기를 사용하여 수신하였다. 수신된 테라헤르츠파의 특성을 사용하여 하기와 같이 시편의 특성을 분석하였다.
도 5는 상기 시편 제조예 1에서 얻어진 도전성 물질층을 테라헤르츠파 분석장치를 사용하여 얻은 이미지이다. 구체적으로, 상기 도전성 물질층의 가상의 바둑판 모양의 영역들에 30도의 입사각으로 테라헤르츠파를 각각 조사하였고, 상기 도전성 물질층의 각 영역으로부터 반사된 테라헤르츠파의 최대 강도 값들을 그에 비례하는 명암으로 이미지화하였다.
도 5를 참조하면, 시편 제조예 1에서 고의로 결함을 만든 영역(포인트 6)은 다른 영역에 비해 확연히 낮은 명도로 나타났고, 또한 도전성 물질층의 두께 경사도로 인해 오른쪽에서 왼쪽으로 갈수록(포인트 1에서 포인트 5 방향) 낮은 명도를 나타내고 있음 즉, 도전성 물질층이 오른쪽에서 왼쪽으로 갈수록 낮은 두께를 가짐을 알 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 포인트들로부터 반사된 테라헤르츠파의 시간에 따른 강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 포인트 1에서 포인트 5로 갈수록 테라헤르츠파의 최대 강도값은 낮아지고, 또한, 포인트 6에서 가장 낮은 최대 강도값을 가짐을 확인할 수 있다.
도 7은 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 다수의 영역들에서 반사된 테라헤르츠파의 반사도와 상기 영역들에서 실제 측정된 면저항의 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 다수의 영역들은 도 5에서의 각 포인트들 주변 영역들이고, 면저항은 4 포인트 프로브법을 사용하여 측정하였다.
도 7을 참조하면, 반사도(X축)과 면저항의 상용로그값(Y축)은 음의 기울기를 갖는 하기에 나타낸 직선 함수로 외삽될 수 있음을 알 수 있다.
즉, 수학식 1에서, a 값은 -0.0364이고, b 값은 4.9762임을 알 수 있다.
도 8은 시편 제조예 1 내지 3에서 제조된 시편의 다수의 영역들에서 반사된 테라헤르츠파의 반사도와 상기 영역들에서 실제 측정된 면저항의 관계를 나타낸 그래프이다. 면저항은 4 포인트 프로브법을 사용하여 측정하였다.
도 8을 참조하면, 반사도(X축)과 면저항의 상용로그값(Y축)은 음의 기울기를 갖는 하기에 나타낸 직선 함수들로 외삽되되, 나노와이어들의 혼합비에 따라 서로 다른 음의 기울기를 가짐을 알 수 있다.
구체적으로, 시편 제조예 1 내지 3에 다른 시편들 각각의 반사도(X축)과 면저항의 상용로그값(Y축)은 하기에 나타낸 직선 함수들로 외삽될 수 있다.
[시편 제조예 3 : Ag:Cu=0:100wt%]
(Rsh=면저항, X=반사도, 수학식 1에서, a 값은 -0.352이고, b 값은 28.741)
[시편 제조예 2 : Ag:Cu=75wt%:25wt%]
(Rsh=면저항, X=반사도, 수학식 1에서, a 값은 -0.1377이고, b 값은 13.511)
[시편 제조예 1 : Ag:Cu=100wt%:0]
(Rsh=면저항, X=반사도, 수학식 1에서, a 값은 -0.0369이고, b 값은 4.9891)
상기 시편 제조예들 1 내지 3에 따른 시편들 각각에서 도출된 직선 함수들은 나노와이어들의 혼합비에 따라 서로 다른 음의 기울기를 가지며, 또한 서로 다른 Y 절편을 가짐을 알 수 있다. 이로부터, 상기 실험으로 도출된 a값과 b값을 기준값들로 두고, 혼합비를 알 수 없는 시편의 경우 두께를 달리하는 적어도 두 점의 반사도들과 면저항들을 구하여 이들로부터 상기 수학식 1의 a값과 b값을 계산한 후, 상기 a, b 계산값들을 상기 a, b 기준값들과 비교하여, 가장 유사한 a, b 기준값들을 도출하면, 이에 상응하는 물질의 혼합비를 얻어낼 수 있고, 이는 혼합비를 알 수 없었던 시편의 혼합비에 근접하는 값이 될 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 각 포인트들을 촬영한 SEM(scanning electron microscope) 이미지들과 상기 SEM 이미지들로부터 계산된 실제 평균 다공도(average porosity)들을 나타낸 그림이다. 상기 평균 다공도는 SEM 이미지의 전체 화소들에 대한 나노 와이어들이 차지하고 있는 않은 화소들의 비율이다.
도 9를 참조하면, 포인트들 1, 2, 3, 4, 5, 및 6의 평균 다공도는 각각 68.35%, 72.02%, 73.33%, 75.67%, 76.93% 및 84.88%으로 나타났다. 다시 말해서, 포인트들 1, 2, 3, 4, 5, 및 6의 표면 밀도는 각각 31.65%, 27.98%, 26.67%, 24.33%, 23.07%, 및 15.12%인 것을 알 수 있다.
도 10은 시편 제조예 1에서 제조된 시편의 각 포인트들의 반사도, 굴절율 및 표면 밀도를 나타낸 그래프이다. 또한, 굴절율은 상기 반사도를 수학식 2에 입력하여 얻은 값이다. 이 때, 수학식 2에서 테라헤르츠파의 입사각(θ)는 30도로, 시편 상부 매질의 굴절율(na)은 공기의 굴절율이므로 1로 입력하였다. 표면 밀도는 상기 굴절율을 수학식 3에 입력하여 얻은 값이다. 이 때, 수학식 3에서 벌크 은에 대한 값들인 국소전기장에서의 무차원 상수(b)는 4π/3, 몰 분극률(α)은 6.0×10-30㎝3/mol, 분자량(M)은 107.8682 g/mol, 및 밀도(ρm)는 10.49g/㎝3으로 입력하였다.
도 10을 참조하면, 측정된 테라헤르츠파의 반사도, 수학식 2 및 수학식 3을 사용하여 얻은 포인트들 1, 2, 3, 4, 5, 및 6의 표면 밀도는 각각 31.54 %, 27.79 %, 26.05 %, 23.22 %, 22.30 % 및 14.04 %임을 알 수 있다. 이는 도 9를 참조하여 설명한 포인트들 1, 2, 3, 4, 5, 및 6의 실제 표면 밀도와 매우 유사함을 알 수 있다. 이로부터, 측정된 테라헤르츠파의 반사도를 수학식 2 및 수학식 3을 사용하여 가공하여 얻은 표면 밀도값들이 유효한 값들임을 알 수 있다.
도 11은 두께 측정을 위해 제조된 시편을 개략적으로 나타낸 모식도이고, 도 12는 시편으로부터 반사된 테라헤르츠파의 시간에 따른 강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 11을 참조하면, 시편은 990 ㎛의 두께를 갖는 유리 기판을 사용하되 두께 경사도 없이 은 페이스트층을 약 158.2 ㎛로 코팅한 것을 제외하고는 시편 제조예 1과 동일하게 제조하였고, 테라헤르츠파 분석장치의 스테이지 상에 거울을 배치한 후, 그 거울 상에 상기 시편을 배치하였다. 또한, 테라헤르츠파의 입사각은 24도로 설정하였다.
도 12를 참조하면, 은 페이스트층의 상부 표면으로부터 반사된 테라헤르츠파의 최대 강도는 43.882705ps에서 검출되고 은 페이스트층과 그 하부의 유리 기판 사이의 계면에서 반사된 테라헤르츠파의 최대 강도는 45.02448ps에서 검출되므로, 이들 사이의 시간차(Δt)는 1.141775ps임을 알 수 있다. 이 시간차와 테라헤르츠파의 입사각인 24도, 그리고 테라헤르츠파의 속도인 2.9979×108 m/s를 상기 수학식 4에 입력하면 156.35㎛인 두께값을 도출할 수 있다. 측정된 수치 (156.35 ㎛)는 은 페이스트층의 실제 수치 (158.2 ㎛)에 비해서 약 1.1% 오차 수준을 나타내었다.
또한, 은 페이스트층과 그 하부의 유리 기판 사이의 계면에서 반사된 테라헤르츠파의 최대 강도는 45.02448ps에서 검출되도, 유리 기판과 그 하부의 거울 사이의 계면에서 반사된 테라헤르츠파의 최대 강도는 52.25409ps에서 검출되므로, 이들 사이의 시간차(Δt)는 7.22961ps임을 알 수 있다. 이 시간차와 테라헤르츠파의 입사각인 24도, 그리고 테라헤르츠파의 속도인 2.9979×108 m/s를 상기 수학식 4에 입력하면 989.993㎛인 두께값을 도출할 수 있다. 이 때, 측정된 수치 (989.993 ㎛)는 유리 기판의 실제 수치 (990 ㎛)와 거의 차이가 없음을 알 수 있다.
따라서, 측정된 테라헤르츠파의 최대 강도들이 검출된 시간들 및 수학식 4를 사용하여 가공하여 얻은 두께값이 유효한 값임을 알 수 있다.
Claims (20)
- 도전성 물질층을 구비하는 시편에 테라헤르츠파를 조사하는 방출부;
상기 시편에서 반사되는 테라헤르츠파 또는 상기 시편을 통해 투과되는 테라헤르츠파를 수신하는 수신부;
상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 상기 도전성 물질층의 면저항을 분석하는 면저항 분석부, 상기 도전성 물질층의 피복 밀도를 분석하는 피복 밀도 분석부, 상기 도전성 물질층의 성분을 분석하는 성분 분석부, 및 상기 도전성 물질층의 두께를 분석하는 두께 분석부로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 특성 분석부;
상기 특성 분석부에서 도출된 결과를 영상으로 표시하는 표시부; 및
상기 특성 분석부에 정보를 입력할 수 있는 입력부를 포함하는 비접촉식 시편 분석장치. - 제1항에 있어서,
상기 면저항 분석부는 하기 수학식 1을 사용하여 상기 도전성 물질층의 면저항을 도출하는 비접촉식 시편 분석장치:
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, X는 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도 또는 투과도이고, a와 b는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질에 따른 값들이고, Rsh는 상기 도전성 물질층의 면저항이다. - 제2항에 있어서,
상기 특성 분석부는 데이터 베이스를 더 포함하고, 상기 수학식 1에서의 a와 b는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질에 상응하여 상기 데이터 베이스에 저장된 기준값들이고,
상기 면저항 분석부는,
상기 입력부로부터 입력된 도전성 물질층을 구성하는 물질 정보에 기초하여 상기 데이터 베이스로부터 상기 수학식 1의 a 기준값과 b 기준값을 도출하고,
상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도 또는 투과도, 상기 a기준값, 상기 b 기준값을 상기 수학식 1에 입력하여 면저항을 도출하는 비접촉식 시편 분석장치. - 제2항에 있어서,
상기 면저항은 상기 도전성 물질층 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 각각의 면저항들이고,
상기 표시부는 상기 면저항 분석부로부터 도출된 면저항들을 영역별로 크기에 따라 명암을 달리하는 2차원 영상으로 표시하는 비접촉식 시편 분석장치. - 제1항에 있어서,
상기 성분 분석부는,
하기 수학식 1을 사용하여 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질의 종류 또는 혼합비를 도출하는 비접촉식 시편 분석장치:
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, X는 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도 또는 투과도이고, a와 b는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질의 종류 또는 혼합에 상응하는 값들이고, Rsh는 상기 도전성 물질층의 면저항이다. - 제5항에 있어서,
상기 특성 분석부는 상기 물질의 종류 또는 혼합비에 상응하는 a 기준값과 b 기준값을 저장하는 데이터 베이스를 더 포함하고,
상기 성분 분석부는,
상기 입력부로부터 상기 도전성 물질층의 두께를 달리하는 서로 다른 두 영역들의 면저항들을 입력 받고, 상기 두 영역들로부터 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도들 또는 투과도들을 입력 받아, 상기 두 영역들의 상기 반사도들 또는 투과도들, 그리고 상기 면저항들에 기초하여 상기 수학식 1과 같은 직선 외삽 함수(linear extrapolation function)를 산출하여 상기 수학식 1의 a값과 b값을 계산하고, 상기 a 계산값과 b 계산값을 상기 데이터 베이스에 저장된 a 기준값과 b 기준값과 각각 비교하여 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질의 종류 또는 혼합비를 도출하는 비접촉식 시편 분석장치. - 제1항에 있어서,
상기 피복 밀도 분석부는 하기 수학식들 2와 3을 사용하여 피복 밀도를 도출하는 비접촉식 시편 분석장치:
[수학식 2]
상기 수학식 2에서,
R은 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도이고, n은 상기 도전성 물질층의 굴절률이고, θ는 상기 테라헤르츠파의 상기 시편에 대한 입사각이고, na는 상기 시편 상부 매질의 굴절률이다.
[수학식 3]
상기 수학식 3에서,
Dc는 상기 피복 밀도이고, n은 상기 도전성 물질층의 굴절율이고, b는 국소전기장에서의 무차원 상수(dimensionless constant value for local electric field)이고, NA는 아보가드로수(Avogadro's number)이고, α는 몰 분극률(molar polarizability)이고, M은 분자량이고, ρm은 밀도이되, 상기 국소전기장에서의 무차원 상수(b), 몰 분극률(α), 분자량(M), 및 밀도(ρm)는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질에 따른 값들이다. - 제7항에 있어서,
상기 특성 분석부는 데이터 베이스를 더 포함하고,
상기 테라헤르츠파의 시편에 대한 입사각(θ), 상기 시편 상부 매질의 굴절률(na), 상기 국소전기장에서의 무차원 상수(b), 상기 몰 분극률(α), 상기 분자량(M), 및 상기 밀도(ρm)에 대한 정보는 상기 데이터 베이스에 저장된 값들인 비접촉식 시편 분석장치. - 제7항에 있어서,
상기 피복 밀도는 상기 도전성 물질층 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 각각의 피복 밀도들이고,
상기 표시부는 상기 피복 밀도 분석부로부터 도출된 피복 밀도들을 영역별로 크기에 따라 명암을 달리하는 2차원 영상으로 표시하는 비접촉식 시편 분석장치. - 제1항에 있어서,
상기 두께 분석부는 하기 수학식 4를 사용하여 상기 도전성 물질층의 두께를 도출하는 비접촉식 시편 분석장치:
[수학식 4]
상기 수학식 4에서,
T는 상기 도전성 물질층의 두께이고, ν는 상기 테라헤르츠파의 속도이고, Δt는 상기 도전성 물질층의 상부 표면에서 반사되어 수신된 테라헤르츠파의 최대 강도가 나타난 시간과 상기 도전성 물질층의 하부 표면에서 반사되어 수신된 테라헤르츠파의 최대 강도가 나타난 시간의 차이값이고, θ는 테라헤르츠파의 시료에 대한 입사각이다. - 도전성 물질층을 구비하는 시편에 테라헤르츠파를 조사하는 단계;
상기 시편에서 반사되는 테라헤르츠파 또는 상기 시편을 통해 투과되는 테라헤르츠파를 수신하는 단계; 및
상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 상기 도전성 물질층의 면저항 분석, 상기 도전성 물질층의 피복 밀도 분석, 상기 도전성 물질층의 성분 분석, 및 상기 도전성 물질층의 두께 분석으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 분석을 수행하는 단계를 포함하는 비접촉식 시편 분석 방법. - 제11항에 있어서,
상기 면저항 분석은 하기 수학식 1을 사용하여 상기 도전성 물질층의 면저항을 도출하는 것인 비접촉식 시편 분석 방법:
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, X는 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도 또는 투과도이고, a와 b는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질에 따른 값들이고, Rsh는 상기 도전성 물질층의 면저항이다. - 제12항에 있어서,
상기 수학식 1에서의 a와 b는 데이터 베이스에 저장된 기준값들이고,
상기 면저항 분석은,
상기 도전성 물질층을 구성하는 물질 정보에 기초하여 상기 데이터 베이스로부터 상기 수학식 1의 a 기준값과 b 기준값을 도출하고,
상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도 또는 투과도, 상기 a기준값, 상기 b 기준값을 상기 수학식 1에 입력하여 면저항을 도출하는 비접촉식 시편 분석방법. - 제12항에 있어서,
상기 면저항은 상기 도전성 물질층 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 각각의 면저항들이고,
상기 면저항 분석단계에서 도출된 면저항들을 영역별로 크기에 따라 명암을 달리하는 2차원 영상으로 표시하는 단계를 더 포함하는 비접촉식 시편 분석 방법. - 제11항에 있어서,
상기 성분 분석은,
하기 수학식 1을 사용하여 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질의 종류 또는 혼합비를 분석하는 것인 비접촉식 시편 분석방법:
[수학식 1]
상기 수학식 1에서, X는 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도 또는 투과도이고, a와 b는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질의 종류 또는 혼합에 따른 값들이고, Rsh는 상기 도전성 물질층의 면저항이다. - 제15항에 있어서,
상기 성분 분석은,
상기 도전성 물질층의 두께를 달리하는 서로 다른 두 영역들의 면저항들을 획득하는 단계, 상기 두 영역들로부터 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도들 또는 투과도들을 획득하는 단계, 및 상기 두 영역들의 상기 반사도들 또는 투과도들, 그리고 상기 면저항들에 기초하여 상기 수학식 1과 같은 직선 외삽 함수(linear extrapolation function)를 산출하여 상기 수학식 1의 a값과 b값을 계산하는 단계, 상기 a 계산값과 b 계산값을 데이터 베이스에 저장된 a 기준값과 b 기준값과 각각 비교하여 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질의 종류 또는 혼합비를 도출하는 비접촉식 시편 분석 방법. - 제16항에 있어서,
상기 도전성 물질층의 두께를 달리하는 서로 다른 두 영역들의 면저항들은 프로브법을 사용하여 얻어지는 비접촉식 시편 분석 방법. - 제11항에 있어서,
상기 피복 밀도 분석은 하기 수학식들 2와 3을 사용하여 피복 밀도를 도출하는 것인 비접촉식 시편 분석방법:
[수학식 2]
상기 수학식 2에서,
R은 상기 수신된 테라헤르츠파를 사용하여 얻어진 반사도이고, n은 상기 도전성 물질층의 굴절률이고, θ는 상기 테라헤르츠파의 상기 시편에 대한 입사각이고, na는 상기 시편 상부 매질의 굴절률이다.
[수학식 3]
상기 수학식 3에서,
Dc는 상기 피복 밀도이고, n은 상기 도전성 물질층의 굴절율이고, b는 국소전기장에서의 무차원 상수(dimensionless constant value for local electric field)이고, NA는 아보가드로수(Avogadro's number)이고, α는 몰 분극률(molar polarizability)이고, M은 분자량이고, ρm은 밀도이되, 상기 국소전기장에서의 무차원 상수(b), 몰 분극률(α), 분자량(M), 및 밀도(ρm)는 상기 도전성 물질층을 구성하는 물질에 따른 값들이다. - 제18항에 있어서,
상기 피복 밀도는 상기 도전성 물질층 표면 내 가상의 바둑판 모양의 영역들 각각의 피복 밀도들이고,
상기 도출된 피복 밀도들을 영역별로 크기에 따라 명암을 달리하는 2차원 영상으로 표시하는 단계를 더 포함하는 비접촉식 시편 분석 방법. - 제11항에 있어서,
상기 두께 분석은 하기 수학식 4를 사용하여 상기 도전성 물질층의 두께를 분석하는 것인 비접촉식 시편 분석 방법:
[수학식 4]
상기 수학식 4에서,
T는 상기 도전성 물질층의 두께이고, ν는 상기 테라헤르츠파의 속도이고, Δt는 상기 도전성 물질층의 상부 표면에서 반사된 테라헤르츠파의 최대 강도가 나타난 시간과 상기 도전성 물질층의 하부 표면에서 반사된 테라헤르츠파의 최대 강도가 나타난 시간의 차이값이고, θ는 테라헤르츠파의 시료에 대한 입사각이다.
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