KR20160127239A

KR20160127239A - 전자현미경용 홀더장치 및 이에 적용되는 탐침 유니트

Info

Publication number: KR20160127239A
Application number: KR1020150057828A
Authority: KR
Inventors: 김영운; 김성일
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-11-03
Also published as: KR101672263B1

Abstract

본 발명은 전자현미경용 홀더장치 및 이에 적용되는 탐침 유니트에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 탐침의 이동 허용 범위를 확대할 수 있는 전자현미경용 홀더장치 및 이에 적용되는 탐침 유니트를 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 전자현미경 홀더장치용 탐침유니트는 축선방향을 따라 연장되는 압전튜브와; 상기 압전튜브의 일단부에 지지되는 고정부재와; 상기 고정부재에 상기 축선방향에 가로방항으로 연장되도록 결합되는 절연막대와; 상기 절연막대에 탈착 가능하게 결합되는 탐침지지부재와; 상기 탐침지지부재에 지지되는 전기전도성의 탐침을 포함한다. 그리고 본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치는 상기 탐침유니트와; 상기 압전튜브를 수용하는 축공을 갖는 프레임과; 상기 프레임에 지지되며 상기 탐침으로부터 상기 축선방향을 따라 이격된 위치에 배치되어 시편이 안착되는 시편안착부를 갖는 시편지지블럭을 포함한다.

Description

전자현미경용 홀더장치 및 이에 적용되는 탐침 유니트{AN ELECTRON MICROSCOPE HOLDER AND PROBE UNIT THEREFOR}

본 발명은 전자현미경용 홀더장치 및 이에 적용되는 탐침 유니트에 관한 것이다.

전자현미경 내에서 분석 대상 시편에 전기적 신호를 가해줌과 동시에 시편의 특성 및 미세구조 변화를 실시간으로 관찰할 수 있는 연구에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 연구를 위해서는 시편에 전기적 신호를 가해주는 탐침에 대한 안정적이면서도 용이한 제어가 중요한 사항이 된다.

그러나 종래의 탐침유니트를 갖는 전자현미경용 홀더장치는 탐침의 이동 범위가 비교적 좁고 공간효율성이 낮았으며, 조립 작업성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 탐침의 이동 허용 범위를 확대할 수 있는 전자현미경용 홀더장치 및 이에 적용되는 탐침 유니트를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 전자현미경 홀더장치용 탐침 유니트는 축선방향을 따라 연장되는 압전튜브와; 상기 압전튜브의 일단부에 지지되는 고정부재와; 상기 고정부재에 상기 축선방향에 가로방항으로 연장되도록 결합되는 절연막대와; 상기 절연막대에 탈착 가능하게 결합되는 탐침지지부재와; 상기 탐침지지부재에 지지되는 전기전도성의 탐침을 포함한다.

여기서, 상기 고정부재는 상기 가로방향으로 관통된 수용홀을 가지며, 상기 절연막대는 일단부가 상기 수용홀에 삽입되어 외팔보형태로 지지되는 것이 상기 탐침지지부재가 간단한 구조로 상기 절연막대에 쉽게 탈착 가능하다.

그리고 상기 탐침지지부재는 상기 절연막대가 삽입 가능한 삽입홀을 가지고 상호 대향하는 한 쌍의 탄성지지부와, 상기 한 쌍의 탄성지지부의 인접한 연부 간을 연결하며 상기 한 쌍의 탄성지지부가 일정 간격을 유지하도록 탄성력을 제공하는 탄성연결부를 포함하며, 상기 탐침은 상기 탄성연결부에 지지되는 것이 상기 탐침지지부재를 상기 절연막대에 용이하게 결합시킬 수 있고 상기 탐침지지부재의 상기 절연막대에 대한 가로방향 및 원주방향 위치이동을 용이하게 할 수 있다.

또한 상기 고정부재는 상기 축선방향에 가로방향으로 연장되는 편위부와, 상기 편위부로부터 상기 축선방향을 따라 연장되어 상기 절연막대를 지지하는 고정부를 포함하는 것이 상기 시편지지블럭 내에서 상기 절연막대의 길이를 비교적 더 길게 마련할 수 있어 상기 탐침지지부재의 가로방향 이동 범위를 확장할 수 있다.

본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치는 상기 탐침유니트와; 상기 압전튜브를 수용하는 축공을 갖는 프레임과; 상기 프레임에 지지되며 상기 탐침으로부터 상기 축선방향을 따라 이격된 위치에 배치되어 시편이 안착되는 시편안착부를 갖는 시편지지블럭을 포함한다.

본 발명에 따른 전자현미경용 홀더장치 및 이에 적용되는 탐침 유니트는 컴팩트한 구조로 시편지지블럭의 제한된 공간 내에서 탐침의 이동 허용 범위가 넓어 시편의 다양한 부위에 대한 분석을 가능하게 하며, 일축 정렬(align)이 용이하다. 그리고 절연막대가 외팔보형태로 지지되는 경우, 탐침지지부재가 간단한 구조로 절연막대에 탈착 가능하다. 또한 고정부재가 편위부를 갖는 경우, 시편지지블럭 내에서 절연막대의 길이를 비교적 더 길게 마련할 수 있어 탐침지지부재의 가로방향 이동 범위를 확장할 수 있다. 또 탐침지지부재가 절연막대가 삽입 가능한 삽입홀을 가지고 상호 대향하는 한 쌍의 탄성지지부와, 한 쌍의 탄성지지부의 인접한 연부 간을 연결하며 한 쌍의 탄성지지부가 일정 간격을 유지하도록 탄성력을 제공하는 탄성연결부를 포함하는 경우, 탐침지지부재를 절연막대에 비교적 용이하게 결합시킬 수 있고 탐침지지부재의 절연막대에 대한 가로방향 및 원주방향 위치이동을 쉽게 할 수 있다.

도 1은 탐침 유니트가 설치된 전자현미경용 홀더장치를 나타낸 사시도이고,
도 2는 탐침 유니트 측을 확대하여 나타낸 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 탐침 유니트를 나타낸 사시도이고,
도 4는 탐침유니트의 분해사시도이며,
도 5는 평면도이다.

도 1은 탐침 유니트(10)가 설치된 전자현미경용 홀더장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 탐침 유니트 측을 확대하여 나타낸 사시도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 탐침유니트(10)는 전자현미경용 홀더장치에 설치된다. 전자현미경용 홀더장치는 축선방향을 따라 연장된 축공을 갖는 프레임 (110)과, 프레임(110)에 지지되며 축공으로부터 축선방향을 따라 이격된 위치에 배치되어 시편이 안착되는 시편안착부(131)를 갖는 시편지지블럭(130)을 갖는다.

프레임(110)은 전자현미경의 외부로 노출되어 작업자가 조작 가능한 조작부(150)와 연결된다. 조작부(150)는 탐침유니트를 제어하기 위한 X축 조작부(151), Y축 조작부(152) 및 Z축 조작부(153)를 포함한다. X축 조작부(151), Y축 조작부(152) 및 Z축 조작부(153)는 압전튜브(200)와 연결되어 압전튜브(200)를 X축, Y축 및 Z축 방향으로 조절할 수 있다. 압전튜브(200)는 전기적 신호에 따라 기계적 변형이 가능한 압전소자를 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 탐침 유니트를 나타낸 사시도이고, 도 4는 탐침유니트의 분해사시도이며, 도 5는 평면도이다. 이들 도면을 도 1 및 도 2와 참고하여 보면, 본 발명에 따른 탐침 유니트는 시편안착부(131) 측을 향하는 결합단부(210)를 가지고 프레임(110)의 축공에 배치되는 압전튜브(200)를 갖는다. 압전튜브(200)의 결합단부(210)에는 전기절연성 재질로 이루어지는 절연부재(300)가 결합된다. 절연부재(300)에는 삽입공(310)이 형성된다.

절연부재(300)의 삽입공(310)에는 고정부재(400)가 삽입되어 결합된다. 고정부재(400)는 축선방향을 따라 연장되어 절연부재(300)의 삽입공(310)에 삽입되는 삽입부(410)와, 축선방향에 가로방향으로 연장되는 편위부(420) 및 편위부(420)로부터 축선방향을 따라 연장되는 고정부(430)를 갖는다. 여기서, 고정부재(400)는 편위부(420) 없이 삽입부(410)와 고정부(430)가 직접적으로 연결될 수도 있다. 고정부(430)는 축선방향에 대해 가로방향으로 관통 형성되는 수용홀(431)을 갖는다. 한편, 고정부재(400)는 절연부재(300)를 매개로 하지 않고 압전튜브(200)의 결합단부(210)에 직접 결합될 수도 있다.

고정부(430)의 수용홀(431)에는 전기절연성의 절연막대(500)가 가로방향을 따라 삽입되어 외팔보 형태로 결합된다. 절연막대(500)는 원기둥 형상의 루비(ruby)로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 루비는 알루미나에 소량의 크롬이 첨가된 단결정체로서, 절연성능과 내마모성이 우수하며 전체적으로 균일한 물성을 나타낸다. 고정부(430)는 수용홀(431)을 갖지 않을 수 있다. 이때, 절연부재(500)는 고정부(430)에 돌기 홈 방식으로 체결되거나 접착제로 결합될 수 있다.

절연막대(500)에는 탐침지지부재(600)가 탈착 가능하게 결합된다. 탐침지지부재(600)는 절연막대(500)가 삽입 가능한 삽입홀(611)을 가지고 상호 대향하는 한 쌍의 탄성지지부(610)와, 한 쌍의 탄성지지부(610)의 상호 인접한 연부 간을 연결하며 한 쌍의 탄성지지부(610)가 일정 간격을 유지하도록 탄성력을 제공하는 탄성연결부(620)를 갖는다. 이러한 탐침지지부재(600)는 한 쌍의 탄성지지부(610) 간 간격이 좁아진 상태에서 삽입홀(611)을 통해 외팔보 형태로 지지된 절연막대(500)에 삽입되며, 탄성연결부(620)에 의한 탄성력으로 한 쌍의 탄성지지부(610) 간 간격이 다시 벌어지면서 절연막대(500)에 고정된다. 여기서, 삽입홀(611)은 절연막대(500)의 직경보다 약간 큰 것이 바람직하다.

탄성연결부(620)에는 탐침(800)이 삽입 지지될 수 있는 탐침지지홀(621)이 형성된다. 한 쌍의 탄성지지부(610)는 탄성연결부(620)를 중심으로 소정 각도 벌어진 형상을 갖는다. 한 쌍의 탄성지지부(610) 중 어느 하나는 탄성지지부(610)의 판면으로부터 외측으로 절곡된 전기접촉부(613)를 갖는다. 이러한 전기접촉부(613)는 작업자가 소형의 탐침지지부재(600)를 다루기 용이하게 하며, 후술할 탐침(800)과 전기적으로 연결되는 전기라인의 접촉부로서 역할을 한다.

탐침(800)은 전기전도성의 금속관(700)에 삽입되어 결합되며, 금속관(700)은 탐침지지홀(621)에 삽입되어 결합된다. 여기서, 탐침지지부재(600)와 금속관(700) 및 탐침(800)은 모두 전기전도체로서 상호 전기적으로 연결된다. 탐침(800)은 금속관(700)을 매개로 하지 않고 탐침지지홀(621)에 직접 결합될 수도 있다.

이러한 구조를 갖는 탐침유니트는 프레임(110) 내부에 배치되는 지지대(140)와 피드스루(160)를 매개로 조작부(150)와 연결된다. 피드스루(160)에는 축선방향을 따라 관통된 복수의 배선공(161)이 원주방향을 따라 소정 간격을 두고 형성되며, 피드스루(160)의 외경에는 동적 오링(163)이 설치된다. 동적오링(163)은 프레임(110) 축공 내부를 밀폐하는 역할을 한다. 복수의 배선공(161)에는 조작부(150)와 압전튜브(200) 및 전기접촉부(613) 간을 전기적으로 연결하는 전기라인들이 배선된다. 전기라인은 조작부(150)와 탐침(800)을 직접적으로 연결할 수도 있다.

한편, 절연막대(500)는 고정부재(400)에 대해 양팔보 형태로 지지될 수 있다.

탐침지지부재(600)는 집게 방식, 클램프 방식 등으로 절연막대(500)에 탈착 가능하게 결합될 수도 있다.

이러한 구조에 의해, 다음과 같은 과정에 따라 시편안착부(131)에 안착되는 시편의 비교적 넓은 범위에 대해 탐침(800)을 접촉시킬 수 있다.

먼저, 작업자는 분석하고자 하는 시편의 영역을 설정한 후 해당 영역 내의 다양한 부위에 탐침(800)의 접촉이 이루어질 수 있도록 탐침(800)이 장착된 탐침지지부재(600)를 절연막대(500)의 길이방향을 따라 이동시키면서 적절한 위치에 배치한다. 그리고 필요에 따라 탐침지지부재(600)를 절연막대(500)의 축선을 중심으로 원주방향을 따라 회전시키면서 탐침(800)이 시편을 향하는 방향을 조절한다. 이렇게 탐침지지부재(600)에 대한 위치 설정이 완료되면, 시편안착부(131)에 시편을 올려놓은 상태로 본 홀더장치를 전자현미경에 장착시킨다.

그리고 조작부(150)를 통해 압전튜브(200)의 X, Y, Z축 위치를 조절하고, 탐침(800)을 통해 분석하고자 하는 시편의 특정 부위에 전기적 신호를 공급하면서 시편의 특성 및 미세구조의 변화를 관찰하고 분석한다. 여기서, 탐침(800)은 시편에 대해 전기적 신호를 부여하는 역할뿐만 아니라, 시편에서 발생되는 전기적 신호를 수령하는 역할도 할 수 있다.

110: 프레임 130: 시편지지블럭
131: 시편안착부 140: 지지대
150: 조작부 151: X축 조작부
152: Y축 조작부 153: Z축 조작부
160: 피드스루 161: 배선공
163: 오링 200: 압전튜브
210: 결합단부 300: 절연부재
310: 고정부재 삽입공 400: 고정부재
410: 삽입부 420: 편위부
430: 고정부 431: 수용홀
500: 절연막대 600: 탐침지지부재
610: 탄성지지부 611: 삽입홀
613: 전기접촉부 620: 탄성연결부
621: 탐침지지홀 700: 금속관
800: 탐침 10: 탐침 유니트

Claims

전자현미경 홀더장치용 탐침유니트에 있어서,
축선방향을 따라 연장되는 압전튜브와;
상기 압전튜브의 일단부에 지지되는 고정부재와;
상기 고정부재에 상기 축선방향에 가로방항으로 연장되도록 결합되는 절연막대와;
상기 절연막대에 탈착 가능하게 결합되는 탐침지지부재와;
상기 탐침지지부재에 지지되는 전기전도성의 탐침을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더장치용 탐침유니트.
제1항에 있어서,
상기 고정부재는 상기 가로방향으로 관통된 수용홀을 가지며, 상기 절연막대는 일단부가 상기 수용홀에 삽입되어 외팔보형태로 지지되는 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더장치용 탐침 유니트.
제2항에 있어서,
상기 탐침지지부재는,
상기 절연막대가 삽입 가능한 삽입홀을 가지고 상호 대향하는 한 쌍의 탄성지지부와, 상기 한 쌍의 탄성지지부의 인접한 연부 간을 연결하며 상기 한 쌍의 탄성지지부가 일정 간격을 유지하도록 탄성력을 제공하는 탄성연결부를 포함하며,
상기 탐침은 상기 탄성연결부에 지지되는 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더장치용 탐침 유니트.
제1항에 있어서,
상기 고정부재는 상기 축선방향에 가로방향으로 연장되는 편위부와, 상기 편위부로부터 상기 축선방향을 따라 연장되어 상기 절연막대를 지지하는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경 홀더장치용 탐침 유니트.
전자현미경용 홀더장치에 있어서,
청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 탐침유니트와;
상기 압전튜브를 수용하는 축공을 갖는 프레임과;
상기 프레임에 지지되며 상기 탐침으로부터 상기 축선방향을 따라 이격된 위치에 배치되어 시편이 안착되는 시편안착부를 갖는 시편지지블럭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자현미경용 홀더장치.