KR20180055798A - 광전자 수율 및/또는 이차 전자 수율을 감소시키는, 장치 및, 그의 방법 - Google Patents

광전자 수율 및/또는 이차 전자 수율을 감소시키는, 장치 및, 그의 방법 Download PDF

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Abstract

타겟(10)의 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 방법은, 상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 생산하도록 상기 타겟(10)의 상기 표면에 레이저 방사선을 적용하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 방사선은 일련의 레이저 펄스들을 포함하는 펄스화된 레이저 방사선을 포함하고, 상기 펄스들의 출력 밀도는 0.01 TW/cm2　내지 3 TW/cm2, 선택적으로는 0.1 TW/cm2　내지 3 TW/cm2 범위에 있다.

Description

광전자 수율 및/또는 이차 전자 수율을 감소시키는, 장치 및, 그의 방법
본 발명은 광전자 수율(PEY; photoelectron yield) 및/또는 이차 전자 수율(SEY; secondary electron yield)을 감소시키기 위하여 표면들을 처리하는 방법에 관한 것이다.
광전자 방사(PEE; Photoelectron emission)은 표면과 광자들의 인터랙션(interaction)으로 인한 전자들의 방사를 말한다. 이차 전자 방사(SEE; Secondary electron emission)은 표면과 일차 전자(primary electron)의 인터랙션으로 인한 표면으로부터의 이차 전자의 방사를 말한다. 광전자 수율(PEY)는 PEE를 특성화하는데 사용될 수 있고 이차 전자 수율(SEY)는 SEE를 특성화하는데 사용될 수 있다. PEY 및 SEY는 각각 단일 입사 광자 또는 전자 당 방사된 전자들의 평균 수로 취할 수 있다.
PEE 및 SEE 이펙트들(effects)은, 예를 들어 진공 챔버들(vacuum chambers), 우주선들, 검출기들, 예를 들어 알.에프. 도파관들(r.f. waveguides)과 같은 도파관들(waveguides), 빔라인들(beamlines), 및 입자 가속기들(particle accelerators)에서의 매우 다양한 장치들에서 상당한 어려움들을 야기할 수 있다. PEE 및 SEE 이펙트들은, 문제의 장치 및 애플리케이션(application)의 특정 유형에 따라, 원하지 않는 전자 클라우드 축적(electron cloud build-up), 압력, 빔 손실들 및 불안정성에서의 원하지 않는 증가, 빔 수명의 감소, 원하지 않는 열 부하들, 전력 손실, 손상, 장치 수명의 감소, 소음의 증가, 및 민감도의 증가를, 다양하게, 불러올 수 있다.
PEY 및 SEY를 감소시키기 위한 개선된 또는 적어도 대안적인 방법들을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 측면에 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 방법이 제공되며, 포함한다:
상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열(periodic arrangement of structures)을 생산하도록 상기 표면에 레이저 방사선(laser radiation)을 적용하는 단계,
상기 레이저 방사선은 일련의 레이저 펄스들을 포함하는 펄스화된 레이저 방사선(pulsed laser radiation)을 포함하고, 상기 펄스들의 출력 밀도(power density)는 0.01 TW/cm2　내지 3 TW/cm2, 선택적으로는 0.1 GW/cm2　내지 3 GW/cm2 범위에 있음.
선택적으로는, 상기 출력 밀도는 0.1 TW/cm2　내지 2 TW/cm2 범위에, 선택적으로는 0.3 TW/cm2　내지 2 TW/cm2 범위에, 선택적으로는 0.4 TW/cm2　내지 1.5 TW/cm2 범위에, 더 선택적으로는 0.38 TW/cm2　내지 0.6 TW/cm2, 0.16 TW/cm2　내지 0.54 TW/cm2 범위에 있다.
이러한 출력 밀도들을 갖는 레이저 펄스들을 사용함으로써, 원하는 성질들을 구비하는 표면을 제공하는 주기적인 구조들의 배열이 획득될 수 있다. 예를 들어, 이차 전자 수율(SEY)의 범위 또는 원하는 값을 갖는 표면은 획득될 수 있다.
상기 방법은 상기 표면이 1.5 보다 작고, 선택적으로는 1.2 보다 작고, 선택적으로는 1.0 보다 작고, 선택적으로는 0.7 보다 작거나 같고, 선택적으로는 0.2 내지 1.0 범위에, 선택적으로는 0.5 내지 1.0 범위에, 선택적으로는 0.3 내지 0.9 범위에, 선택적으로는 0.6 내지 0.8 범위에, 선택적으로는 대략 0.7과 같은, SEY의 값을 가지도록 상기 표면의 성질들을 변경시킬 수 있다.
상기 레이저 펄스들은 상기 표면의 재료의 열 완화 시간(thermal relaxation time)보다 더 짧은 지속시간을 가질 수 있다. 대안적으로, 상기 레이저 펄스들은 열 완화 시간보다 더 긴 지속시간을 가질 수 있다. 상기 레이저 펄스들은 표면의 재료의 전자 및 원자 격자가 실질적으로(substantially) 레이저 펄스들의 적용(application) 전체에 걸쳐 실질적으로 상이한 온도를 갖도록 하는 지속시간을 가질 수 있다. 상기 레이저 펄스들은 상기 표면의 재료가 상기 표면의 상당한 유동 및/또는 용해 없이 제거되거나 증발되거나 기화됨 중 적어도 하나인 지속시간을 가질 수 있다. 상기 레이저 펄스들은 상기 표면의 일부 재료가 상기 표면의 남은 재료의 상당한 유동 및/또는 용해 없이 제거되거나 증발되거나 기화됨 중 적어도 하나인 지속시간을 가질 수 있다.
상기 레이저 펄스들의 펄스 지속시간은 200 펨토초(femtoseconds)(fs) 내지 1000 피코초(picoseconds)(ps) 범위에 있을 수 있다.
상기 표면 상의 주기적인 구조들의 배열은 실질적으로 서로 평행한 주기적인 일련의 피크들 및 트로프들(periodic series of peaks and troughs)을 포함할 수 있으며, 상기 피크들은 실질적으로 상부에서 평평할 수 있고 및/또는 상부에서 둥글(rounded) 수 있고, 및/또는 실질적으로 상부에서 뾰족한 및/또는 날카로운 구역들(regions)을 가질 수 없을 수 있다. 상기 피크들은 실질적으로 톱 햇 모양(top hat shape) 및/또는 끝을 잘라낸 피라미드 모양(truncated pyramidal shape), 예를 들어 횡단면 프로파일(cross-sectional profile)에서 톱 햇 모양 및/또는 끝을 잘라낸 피라미드 모양을 가질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 전자 일 함수(electron work function) 및/또는 원하는 전자 트래핑 성질들(electron trapping properties)의 원하는 값들은 획득될 수 있다. 상기 피크들은 종 방향(longitudinal direction)으로 연장될 수 있고 리지들(ridges)로 지칭될 수 있다.
상기 피크들 중 적어도 일부에 대한 상기 피크 내지 트로프 거리(peak to trough distance), 및/또는 평균 또는 중간 피크 내지 트로프 거리는, 500 nm 내지 100 ㎛ 범위에, 선택적으로는 5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에, 선택적으로는 20 ㎛ 내지 80 ㎛ 범위에, 선택적으로는 1 ㎛ 내지 60 ㎛ 범위에, 선택적으로는 30 ㎛ 내지 60 ㎛ 범위에 있을 수 있다.
상기 주기적인 구조들의 배열은 실질적으로 크로스-해칭(cross-hatching) 없는 피크들 및 트로프들의 실질적으로 평행한 라인들(parallel lines)의 배열(예를 들어, 리지들 및 밸리들(valleys)) 또는 크로스-해칭된 배열(cross-hatched arrangement)을 포함할 수 있다. 상기 주기적인 구조들의 배열은, 예를 들어, 상기 레이저 방사선을 제공하는 레이저 소스(laser source)의 단일 패스(single pass)에 의해 생산될 수 있다.
상기 표면은 적어도 하나의 밑에 있는 층(underlying layer)(예를 들어, 스틸(steel), 스테인리스 스틸(stainless steel) 중 적어도 하나) 상에 있을 수 있고, 상기 레이저 방사선은 밑에 있는 층을 노출하는 방식과 같이 상기 표면의 재료를 이동시키지 않거나 실질적으로 제거하지 않는 것과 같은 것일 수 있다.
상기 방법은 상기 레이저 방사선의 적용 후에 상기 표면에 대해 표면 탄소 저감 공정(surface carbon reduction process)을 수행하는 단계 및/또는 레이저 방사선의 적용 후에 상기 표면을 탈지(degreasing), 클리닝(cleaning) 또는 스무딩(smoothing)하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 방법이 제공되며, 포함한다:
상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 생산하도록 상기 표면에 레이저 방사선을 적용하는 단계, 상기 레이저 방사선은 일련의 레이저 펄스들을 포함하는 펄스화된 레이저 방사선을 포함함; 및
상기 레이저 방사선의 적용 후 상기 표면에 대해 표면 탄소 감소 공정을 수행하는 단계, 및/또는 상기 레이저 방사선의 적용 후 상기 표면을 탈지, 클리닝 또는 스무딩하는 단계 중 적어도 하나.
상기 클리닝은 화학적 클리닝 공정을 수행하는 단계 또는 추출 유닛을 사용하는 단계, 예를 들어, 불활성 가스(inert gas)(예컨대 질소(nitrogen)) 송풍기(blower), 압력 클리너(pressure cleaner) 또는 공기 총(air gun)을 사용함으로써, 또는 용해(dissolving), 플러싱(flushing), 정련(scouring) 및/또는 이러한 재료들로 반응시키는 방식에 의해, 예를 들어 표면 내에 또는 표면에 부착 또는 다르게 존재하는 재료들을 제거하는 공정을 포함할 수 있다..
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 표면 상에 레이저로 형성된 주기적인 구조들의 배열을 포함하는 레이저 처리된 표면이 제공되며, 다음 중 적어도 하나이다:
상기 주기적인 구조들의 배열은 실질적으로 서로 평행한 주기적인 일련의 피크들 및 트로프들을 포함하고;
상기 주기적인 구조들의 배열은 크로스-해칭된, 주기적인 일련의 피크들 및 트로프들을 포함하고; 및 선택적으로는
상기 피크들은 실질적으로 상부에서 평평할 수 있고 및/또는 상부에서 둥글 수 있고 및/또는 실질적으로 상부에서 뾰족한 및/또는 날카로운 구역들을 가질 수 없고, 및/또는 상기 피크들은 실질적으로 톱 햇 모양 및/또는 끝을 잘라낸 피라미드 모양, 예를 들어 횡단면 프로파일에서 톱 햇 모양 및/또는 끝을 잘라낸 피라미드 모양을 가질 수 있고; 및/또는
상기 피크들 중 적어도 일부에 대한 상기 피크 내지 트로프 거리, 및/또는 평균 또는 중간 피크 내지 트로프 거리는, 500 nm 내지 100 ㎛ 범위에, 선택적으로는 5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에, 선택적으로는 20 ㎛ 내지 80 ㎛ 범위에, 선택적으로는 1 ㎛ 내지 60 ㎛ 범위에, 선택적으로는 30 ㎛ 내지 60 ㎛ 범위에 있을 수 있다.
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 장치가 제공되며, 포함한다:
표면에 펄스화된 레이저 방사선을 적용하는 레이저 소스(laser source); 및
상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 형성하도록 일련의 레이저 펄스들로서 상기 레이저 방사선을 적용하는 상기 레이저 소스를 제어하도록 구성되는 레이저 제어기(laser controller), 상기 펄스들의 출력 밀도는 0.01 TW/cm2 내지 3 TW/cm2, 선택적으로는 0.1 TW/cm2 내지 3 TW/cm2 범위에 있음.
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 방법이 제공되며, 포함한다:
상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 생산하도록 상기 표면에 레이저 방사선을 적용하는 단계,
상기 레이저 방사선은 일련의 레이저 펄스들을 포함하는 펄스화된 레이저 방사선을 포함하고, 상기 레이저 펄스들의 펄스 지속시간은 200 펨토초(fs) 내지 1000 피코초(ps) 범위에 있음.
상기 표면은 타겟의 표면일 수 있다.
상기 펄스 지속시간은 1 ps 내지 100 ps 범위에 있을 수 있다. 상기 펄스 지속시간은 1 ps 내지 50 ps 범위에 있을 수 있다. 상기 펄스 지속시간은 5 ps 내지 500 ps 범위에 있을 수 있다
상기 레이저 방사선은 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위에 또는 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에서의 상기 표면 상의 초점 스팟 직경(focal spot diameter)을 갖는 펄스화된 레이저 빔(pulsed laser beam)을 포함할 수 있다.
상기 펄스화된 방사선은 10 kHz 내지 1 MHz 범위에서의 펄스 반복률(pulse repetition rate)을 가질 수 있다.
상기 레이저 방사선의 평균 출력은 0.3 W 내지 20 W 범위에, 선택적으로는 0.3 W 내지 2 W 범위에, 또는 1 W 내지 10 W 범위에, 또는 1 W 내지 5 W 범위에, 또는 0.1 W 내지 1 W 범위에, 또는 0.1 W 내지 2 W 범위에, 또는 0.3 W 내지 5 W 범위에 있다.
상기 표면에 상기 레이저 방사선을 적용하는 단계는 상기 표면 위로(over) 펄스화된 레이저 빔을 스캐닝하는(scanning) 단계를 포함하고, 상기 스캐닝을 위한 스캔 속도는 1 mm/s 내지 200 mm/s 범위에, 선택적으로는 1 mm/s 내지 100 mm/s 범위에 있을 수 있다.
상기 표면 위로 상기 펄스화된 레이저 빔을 스캐닝하는 단계는 2 회 및 10 회 사이에서 반복될 수 있거나, 한 번 수행될 수 있다.
상기 표면에 대한 상기 레이저 방사선의 입사각은 0도로부터 30도로의 범위에 있을 수 있다. 상기 표면에 대한 상기 레이저 방사선의 입사각은 90도로부터 60도로의 범위에 있을 수 있다.
상기 방사선의 파장은 100 nm 내지 2,000 nm 범위에 있을 수 있고, 선택적으로는 532 nm 또는 528 nm 또는 1030 nm 또는 1064 nm 또는 1070 nm일 수 있다.
상기 구조들은 피크들 및 트로프들을 포함할 수 있다. 상기 주기적인 구조들의 배열은 주기적인 일련의 피크들 및 트로프들을 포함할 수 있다. 상기 피크들 및 트로프들은 실질적으로 서로 평행할 수 있다.
상기 주기적인 구조들의 배열은 제1 방향으로 배열된 제1 일련의 피크들 및 트로프들 및, 제2, 상이한 방향으로 배열된 제2 일련의 피크들 및 트로프들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 방향들은 실질적으로 직교할 수 있다. 제1 일련의 피크들 및 트로프들 및 제2 일련의 피크들 및 트로프들은, 주기적인 구조들의 배열이 크로스-해칭된 배열을 포함하도록 교차할 수 있다.
상기 주기적인 배열의 주기(period)는 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에 있을 수 있다. 상기 주기적인 구조의 인접한 피크들(또는 트로프들)의 분리는 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에 있을 수 있다. 상기 크로스-해칭된 배열의 해치 거리(hatch distance)는 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에 있을 수 있다.
레이저 방사선은 상기 표면에 상기 레이저 방사선을 적용하는 단계가 추가 구조들(further structures)을 생산하는 것일 수 있다. 상기 추가 구조들은 상기 주기적인 구조들의 배열의 구조들 보다 더 작을 수 있다.
이러한 특징은 특히 중요할 수 있으므로, 독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 다른 측면에서, 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 방법이 제공되며, 포함한다:
상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 생산하도록 상기 표면에 레이저 방사선을 적용하는 단계,
상기 레이저 방사선은 일련의 레이저 펄스들을 포함하는 펄스화된 레이저 방사선을 포함하고, 상기 레이저 방사선은 상기 주기적인 구조들의 배열뿐만 아니라 상기 표면 상에 추가 구조들(further structures)을 생산하는 것과 같은 것임.
상기 추가 구조들은 추가 주기적인 구조들(further periodic structures)을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 리플들(ripples)을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 나노-리플들(nano-ripples)을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 추가 주기적인 구조들일 수 있다. 상기 추가 구조들은 레이저 유도된 주기적 표면 구조들(laser induced periodic surface structures)(LIPPS)을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 10 nm 내지 1 ㎛ 범위에, 선택적으로는 100 nm 내지 1 ㎛ 범위에서 주기성(periodicity)을 가질 수 있다.
상기 추가 구조들은 상기 주기적인 구조들의 어레이(periodic array of structures)의 적어도 일부분을 커버할(cover) 수 있다. 상기 추가 구조들은 상기 주기적인 구조들의 배열의 트로프들 및/또는 피크들에 형성될 수 있다.
상기 표면은 금속 표면일 수 있다. 상기 표면 및/또는 타겟은 구리, 알루미늄(aluminium), 스테인리스 스틸 또는 티타늄(titanium)을 포함할 수 있다. 상기 금속 표면의 금속은 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 티타늄으로부터 선택된 금속일 수 있다. 상기 표면은, 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 티타늄 중 적어도 둘을 포함하는 라미네이트된 구조(laminated structure) 및/또는, 예를 들어 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 티타늄 및 적어도 하나의 다른 재료 중 하나를 포함하는, 예를 들어 라미네이트된 타겟(laminated target)과 같은, 라미네이트된 구조의 부분을 형성할 수 있다.
상기 표면은 호일(foil)의 표면일 수 있다. 상기 타겟은 호일일 수 있다.
상기 레이저 방사선의 평균 또는 피크 플루엔스(fluence) 또는 다른 성질은 상기 표면의 박리 임계치(ablation threshold) 이상 및 상기 박리 임계치의 105 %, 선택적으로는 102 %, 선택적으로는 101 % 이내일 수 있다.
상기 펄스들은, 각 펄스에 대해, 플라즈마(plasma)가 상기 표면에 형성되도록 하는 것일 수 있다. 상기 플라즈마는 상기 표면의 밑에 있는 재료와 실질적으로 동일한 밀도를 가질 수 있다.
상기 표면은, 우주선, 검출 장치, 검출기, 예를 들어 알.에프. 도파관과 같은 도파관, 빔라인, 또는 입자 가속기의 일부를 형성할 수 있다.
상기 표면은 진공 챔버의 표면의 부분을 형성하거나 포함할 수 있다.
상기 표면은 장치의 구성 요소의 표면을 포함할 수 있다. 상기 장치는 다음으로부터 선택될 수 있다: 입자 가속기, 빔라인, 예를 들어 알.에프. 도파관과 같은 도파관, 검출기, 검출 장치, 우주선. 상기 방법은 상기 표면 상에 상기 주기적인 구조들의 배열을 생산하도록 상기 표면에 상기 레이저 방사선을 적용한 다음 상기 장치에 상기 구성 요소를 설치하는 단계를 포함하거나, 또는 상기 방법은 상기 장치에서 제자리에 상기 구성 요소를 구비한 상기 표면에 레이저 방사선을 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 고체 레이저(solid-state laser)를 사용하여 방사선을 적용하는 단계를 포함할 수 있고, 선택적으로는 상기 고체 레이저는 Nd:YVO4 또는 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 또는 Nd:KGW 또는 Nd:KYW 또는 Yb:KGW 또는 Yb:KYW 레이저, 또는 펄스화된 섬유 레이저(pulsed fibre laser), 선택적으로는 Yb, Tm 또는 Nd 펄스화된 레이저를 포함한다. 상기 적용된 방사선은 이러한 레이저 또는 그것의 제2 또는 제3 고조파(harmonic)의 작동의 기본 파장들(fundamental wavelengths)을 포함할 수 있다.
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 장치가 제공되며, 포함한다:
표면에 펄스화된 레이저 방사선을 적용하는 레이저 소스; 및
상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 형성하도록, 200 펨토초(fs) 내지 1000 피코초(ps) 범위에서의 펄스 지속시간을 가지는 일련의 레이저 펄스들로서 상기 레이저 방사선을 적용하는 상기 레이저 소스를 제어하도록 구성되는 레이저 제어기.
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 장치가 제공되며, 포함한다:
표면에 펄스화된 레이저 방사선을 적용하고 임의의 다른 측면에 따른 방법을 수행하도록 작동하기 위하여 작동하도록 구성되는 레이저 소스.
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 임의의 다른 측면에 따른 방법을 사용하여 형성되는 상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 포함하는 레이저 처리된 표면(laser treated surface)이 제공된다.
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 표면 상에 레이저-형성된 주기적 구조들의 배열 및 상기 표면 상에 추가 레이저-형성된 구조들을 포함하는 레이저 처리된 표면이 제공된다.
상기 추가 구조들은 추가 주기적인 구조들을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 리플들을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 나노-리플들을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 추가 주기적인 구조들일 수 있다. 상기 추가 구조들은 레이저 유도된 주기적 표면 구조들(LIPPS)을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 10 nm 내지 1 ?m 범위에, 선택적으로는 100 nm 내지 1 μm 범위에서 주기성을 가질 수 있다.
상기 구조들은 피크들 및 트로프들을 포함할 수 있다. 상기 주기적인 구조들의 배열은 주기적인 일련의 피크들 및 트로프들을 포함할 수 있다. 상기 피크들 및 트로프들은 실질적으로 서로 평행할 수 있다.
상기 주기적인 구조들의 배열은 제1 방향으로 배열된 제1 일련의 피크들 및 트로프들 및, 제2, 상이한 방향으로 배열된 제2 일련의 피크들 및 트로프들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 방향들은 실질적으로 직교할 수 있다. 제1 일련의 피크들 및 트로프들 및 제2 일련의 피크들 및 트로프들은, 주기적인 구조들의 배열이 크로스-해칭된 배열을 포함하도록 교차할 수 있다.
상기 주기적인 배열의 주기는 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에 있을 수 있다. 상기 주기적인 구조의 인접한 피크들(또는 트로프들)의 분리는 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에 있을 수 있다. 상기 크로스-해칭된 배열의 해치 거리는 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에 있을 수 있다.
상기 추가 구조들은 추가 주기적인 구조들을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 리플들을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 나노-리플들을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 추가 주기적인 구조들일 수 있다. 상기 추가 구조들은 레이저 유도된 주기적 표면 구조들(LIPPS)을 포함할 수 있다. 상기 추가 구조들은 10 nm 내지 1 ?m 범위에, 선택적으로는 100 nm 내지 1 μm 범위에서 주기성을 가질 수 있다.
상기 추가 구조들은 상기 주기적인 구조들의 어레이의 적어도 일부분을 커버할 수 있다. 상기 추가 구조들은 상기 주기적인 구조들의 배열의 트로프들에 형성될 수 있다.
상기 표면은 금속 표면일 수 있다. 상기 표면은 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 티타늄을 포함할 수 있다. 상기 금속 표면의 금속은 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 티타늄으로부터 선택될 수 있다. 상기 표면은, 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 티타늄 중 적어도 둘을 포함하는 라미네이트된 구조 및/또는, 예를 들어 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 티타늄 및 적어도 하나의 다른 재료 중 하나를 포함하는, 예를 들어 라미네이트된 타겟과 같은, 라미네이트된 구조의 부분을 형성할 수 있다.
독립적으로 제공될 수 있는, 본 발명의 또 다른 측면에서, 본 발명의 제5 측면 또는 제6 측면에 따른 표면을 가지는 구성 요소를 포함하는 진공 챔버, 우주선, 검출기, 도파관, 빔라인, 또는 입자 가속기가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 여기에 도시 및/또는 설명된 바와 같이 진공 챔버, 우주선, 검출기, 도파관, 빔라인, 입자 가속기, 구성 요소, 장치 또는 표면을 포함하는 구조, 표면, 방법이 제공된다.
본 발명의 임의의 하나 이상의 측면들에서의 임의의 특징은 임의의 적절한 조합으로 본 발명의 임의의 다른 하나 이상의 측면들에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 더 설명된다:
도 1은, 예를 들어 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 광전자 수율(SEY)을 감소시키기 위해, 광전자 방사(PEE) 및/또는 이차 전자 방사(SEE) 이펙트들을 감소시키기 위해 표면의 레이저 처리에 사용되는 시스템의 개략도이다;
도 2는 샘플들의 표면들 상에 주기적인 구조들을 형성하는 레이저 처리 후의 구리 샘플들의 이미지들을 도시한다;
도 3은 샘플들의 표면들 상에 주기적인 구조들을 형성하는 레이저 처리 후의 알루미늄 샘플들의 이미지들을 도시한다;
도 4a 및 도 4b는 샘플들의 표면들 상에 주기적인 구조들을 형성하는 레이저 처리 후의 알루미늄 샘플들의 이미지들을 도시한다;
도 5 내지 도 24는 추가 샘플들의 표면들에 주기적인 구조들을 형성하는 레이저 처리 후의, 추가 샘플들의 성질들의 도표들 및/또는 추가 샘플들의 이미지들을 도시한다;
도 25는 부록 1에 요약된 바와 같이 측정들의 수행 전에 두 개의 샘플들의 이미지들을 도시한다;
도 26 및 도 27은 도 25의 샘플들에 대한 일차 에너지의 함수로서 SEY의 도표들이다;
도 28a 및 도 28b는 부록 3에 설명된 바와 같이 탈지 전후의 샘플들의 이미지들을 도시한다;
도 29 내지 도 32는 부록 3에서 설명된 바와 같이, 저장 및/또는 탈지 전후 샘플들에서 수행된 측정들의 도표들이다;
도 33은 부록 4의 대상인 샘플들의 이미지들을 도시한다;
도 34는 부록 4의 대상인 샘플들의 광학 현미경 이미지들을 도시한다;
도 35 및 도 36은 부록 4의 대상인 샘플들의 SEM 이미지들을 도시한다; 및
도 37a 및 도 37b는 레이저 인터랙션 메커니즘들의 개략도들이다.
도 1은, 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키기 위해, 광전자 방사(PEE) 및/또는 이차 전자 방출(SEE) 이펙트들을 감소시키기 위해 표면의 레이저 처리에 사용되는 시스템을 도시한다.
도 1의 시스템(2)은 원하는 특성들의 펄스화된 레이저 방사선 빔을 방사하는 레이저(6)의 작동을 제어하는데 사용되는 레이저 제어기(6)에 연결된 레이저(6)를 포함한다. 레이저(6)는 타겟(target)(10)에 맞추어 조정되어, 레이저 제어기(4)의 제어 하에 레이저(6)의 작동이 타겟의 표면 상에 주기적인 구조들을 형성한다.
실시예들에서, 레이저는 Nd:YV04　또는 Nd:YAG 레이저 중 하나 또는 예를 들어 Yb, Tm 또는 Nd 펄스화된 섬유 레이저(Yb, Tm or Nd pulsed fibre laser)와 같은 펄스화된 섬유 레이저(pulsed fibre laser)일 수 있다. 임의의 다른 적절한 레이저가 대안적 실시예들에서 사용될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 펄스화된 레이저 방사선의 파장은 532nm이지만, 임의의 다른 적절한 파장, 예를 들어 528nm 또는 1030m 또는 1064nm 또는 1070nm가 다른 실시예들에서 사용될 수 있다.
제어기는 전용 제어기, 또는 적절히 프로그래밍된 컴퓨터를 포함할 수 있다. 제어기는 소프트웨어, 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 임의의 적절한 조합으로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 더 많은 ASIC들(응용 주문형 집적 회로들(application specific integrated circuits)) 또는 FPGA들(필드 프로그램가능 게이트 어레이들(field programmable gate arrays)) 또는 다른 적절한 회로를 포함할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 타겟(10) 및 레이저(6)는 공기 중에서(in air) 위치되고 표면의 레이저 처리는 공기 중에서 수행된다. 타겟(10) 및 레이저(6)는 관련된 펌프(pump) 및/또는 가스 공급원을 갖는 밀봉 가능 및/또는 펌핑 가능한 챔버(sealable and/or pumpable chamber)(8)에 위치될 수 있으며, 표면의 레이저 가공(laser processing)은, 예를 들어 선택된 반응성 가스의 존재에서, 진공 또는 원하는 가스 조건들(gaseous conditions)에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서 챔버(8)는 생략된다.
도 1의 실시예에서, 타겟(10)은 구리를 포함하는 금속 타겟이다. 예를 들어, 알루미늄(aluminium), 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 티타늄(titanium)과 같은 다른 타겟들이 사용될 수 있다.
작동에서, 원하는 특성들의 펄스화된 레이저 방사선은 레이저 제어기(4)의 제어 하에 레이저(6)에 의해 타겟(10)의 표면을 가로 질러 스캐닝되어 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 생산한다. 예를 들어, 평행한 행들(rows)로 배열된 트로프들(troughs) 및 피크들(peaks)을 형성하기 위하여, 레이저 빔은 표면을 가로 질러 평행하고, 이격된 경로들을 따라 스캐닝되어 피크들에 의해 분리된 평행한 트로프들을 형성할 수 있다. 임의의 다른 적절한 구조들의 배열은 표면 위로 레이저 빔의 적절한 스캐닝에 의해 형성될 수 있다.
레이저의 작동 파라미터들 및 이러한 파라미터들 링크하는(linking) 특정 방정식들은 다음과 같이 나타낼 수 있다,
파장 (λ) [m]
레이저의 반복률(Repetition rate of the laser) (γ) [Hz]
레이저의 펄스 길이(Pulse length of the laser) (τ) [s]
레이저의 평균 출력(Average power of the laser) (Pavg) [W] - 하나의 주기 t에 걸친 에너지 흐름을 나타냄
펄스 당 에너지(Energy per pulse) (Ep) [J]
레이저의 플루엔스(Fluence of the laser) (F) [J/cm2]
타겟 상의 빔 스팟 반경(Beam spot radius on the target) (r) [m]
타겟 상의 빔 스팟 영역(Beam spot area on the target) (A=πr2)[m2]
타겟의 표면이 레이저 빔에 의해 스캐닝된 횟수 (N) 무차원
타겟의 표면이 레이저 빔에 의해 스캐닝된 속도 (V) [m/s]
타겟의 표면 상의 각 스팟 당 발생하는 펄스의 수 (n) [무차원]
펄스들 사이의 시간 간격 - 한 주기 (t) [s]
피크 출력(Peak Power) (Ppeak) [W] - 단일 펄스 내 에너지 흐름 정의
출력 밀도(Power density) 또는 강도(Intensity) (I) [W/cm2]
방정식들
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
예를 들어, 원하는 펄스들의 출력 밀도와 같은, 원하는 성질들의 펄스화된 레이저 방사선을 획득하기 위해, 적절한 작동 파라미터들은, 예를 들어, 상기 방정식들 및 표현들에 기초하여 선택될 수 있다.
표 1은 표면이 구리인 실시예에서, 표면 상에 원하는 주기적인 구조들의 배열을 생산하기 위한 레이저의 작동 파라미터들을 제공한다. 일 실시예에 따른 세 세트의 작동 파라미터들이 표 1에 제공된다. 표면의 레이저 가공은 이 경우 공기 중에서 수행된다.
[표 1]
Figure pct00007
*- 구조화(structuring)에 대한 SEY 데이터는 선형- 및 크로스-해칭된 스캔들에 대해 각각 1.8 및 1.6이다; 가능한 이유는 이용 가능한 SEM 이미지들, 532nm 가공과 비교하여 감소된 표면 토포그래피(REDUCED SURFACE TOPOGRAPHY)이다.
**- 구조화에 대한 SEY 데이터는 1.13(DL) 및 1.3(CERN)이다. 가공 파라미터들은 CERN 샘플들의 제1 뱃치(batch)에 사용되었다(스테인리스 스틸에서 Cu OFE 및 공동-라미네이트된(co-laminated) Cu(층 두께는 ~ 80㎛)).
***- 구조화에 대한 보고된 SEY 데이터: 0.75(DL) 및 0.95(CERN).
타겟이 구리인 일부 다른 실시예들에서, 작동 파라미터들은 다음과 같이 선택된다:
a) 532nm의 파장; 레이저의 펄스 폭: 200 펨토초로부터 200 피코초로; 타겟 상의 초점 스팟 직경: 1 ㎛으로부터 50 ㎛로; 10 kHz로부터 1 MHz로의 레이저의 반복률; 0.3 W로부터 2 W로의 평균 출력; 1 mm/s 내지 100 mm/s의 스캔 속도; 1로부터 10로의 스캔들의 반복 수; 0.5 ㎛로부터 100 ㎛로의 해치 거리; 0 도로부터 30 도로의 레이저 빔의 입사각.
b) 1064nm의 파장; 레이저의 펄스 폭: 200 펨토초로부터 200 피코초로; 타겟 상의 초점 스팟 직경: 1 ㎛로부터 50 ㎛로; 10 kHz로부터 1 MHz로의 레이저의 반복률; 1 W로부터 5 W로의 평균 출력; 1 mm/s 내지 100 mm/s의 스캔 속도; 1로부터 10으로의 스캔들의 반복 수; 0.5 ㎛로부터 100 ㎛로의 해치 거리; 0 도로부터 30 도로의 레이저 빔의 입사각.
표 2는 표면이 알루미늄인 실시예에서, 표면 상에 원하는 주기적인 구조들의 배열을 생산하기 위한 레이저의 작동 파라미터들을 제공한다.
[표 2]
Figure pct00008
타겟이 알루미늄인 일부 다른 실시예들에서, 작동 파라미터들은 다음과 같이 선택된다:
a) 1064nm의 파장; 레이저의 펄스 폭: 200 펨토초로부터 200 피코초로; 타겟 상의 초점 스팟 직경: 1 ㎛로부터 50 ㎛로; 10 kHz로부터 1 MHz로의 레이저의 반복률; 0.1 W로부터 1 W로의 평균 출력; 1 mm/s 내지 100 mm/s의 스캔 속도; 1로부터 10로의 스캔들의 반복 수; 0.5 ㎛로부터 100 ㎛로의 해치 거리; 0 도로부터 30 도로의 레이저 빔의 입사각.
표 3은 표면이 스테인리스 스틸인 실시예에서, 표면 상에 원하는 주기적인 구조들의 배열을 생산하기 위한 레이저의 작동 파라미터들을 제공한다.
[표 3]
Figure pct00009
타겟이 스테인리스 스틸인 일부 다른 실시예들에서, 작동 파라미터들은 다음과 같이 선택된다:
a) 532nm의 파장; 레이저의 펄스 폭: 200 펨토초로부터 200 피코초로; 타겟 상의 초점 스팟 직경: 1 ㎛ 내지 50 ㎛; 10 kHz로부터 1 MHz로의 레이저의 반복률; 0.1 W로부터 2 W로의 평균 출력; 1 mm/s 내지 100 mm/s의 스캔 속도; 1로부터 10로의 스캔들의 반복 수; 0.5 ㎛로부터 100 ㎛로의 해치 거리.
b) 1064nm의 파장; 레이저의 펄스 폭: 200 펨토초로부터 200 피코초로; 타겟 상의 초점 스팟 직경: 1 ㎛로부터 50 ㎛로; 10 kHz로부터 1 MHz로의 레이저의 반복률; 1 W로부터 5 W로의 평균 출력; 1 mm/s 내지 100 mm/s의 스캔 속도; 1로부터 10으로의 스캔들의 반복 수; 0.5 ㎛로부터 100 ㎛ 로의 해치 거리; 0 도로부터 30 도로의 레이저 빔의 입사각.
도 2는 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이 샘플들의 표면들 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위해 레이저 처리 후의 구리 샘플들의 이미지들을 도시한다. 구리 샘플들의 레이저 처리에 사용된 작동 파라미터들은 다음의 표, 표 4에 제공된다. 세 개의 샘플들, 구리 샘플들 a), b) 및 c)는 처리되었다. 샘플들 a), b) 및 c)의 이미지들 및 1 내지 4로 라벨링된(labelled), 샘플들의 가공된 표면들의 네 개의 스캐닝 전자 현미경(SEM; scanning electron microscope) 이미지들은 도 2에 도시되고, 하기 표 4에서 설명된다. 13 mm 구리 샘들에 대한 SEY 결과들은 아래 부록 1에 제공된다.
도 3은 도 1과 관련하여 기술된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 알루미늄 샘플들의 이미지를 도시한다. 알루미늄 샘플들의 레이저 처리에 사용된 작동 파라미터들은 다음의 표, 표 5에 제공된다. 두 개의 샘플들, 알루미늄 샘플들 a) 및 b)은 처리되었다. 샘플들 a) 및 b)의 이미지들 및 1 내지 3으로 라벨링된, 확대(magnification)의 상이한 레벨들에서 샘플의 가공된 표면의 세 개의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지들은 도면에 도시되고, 하기 표 5에 설명된다.
[표 4]
Figure pct00010
[표 5]
Figure pct00011
도 4a 및 도 4b는 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 스테인리스 스틸 샘플들의 이미지들을 도시한다. 샘플들의 레이저 처리에 사용된 작동 파라미터들은 다음의 표, 표 6a 및 6b에 제공된다. 네 개의 샘플들, 스테인리스 스틸 샘플들 a), b), c) 및 d)는 처리되었다. 샘플들 a), b), c) 및 d)의 이미지들 및 1 내지 10으로 라벨링된, 샘플들의 가공된 표면들의 스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지들은 도 4a 및 도 4b에 도시되고, 하기 표들 6a 및 6b에 설명된다.
[표 6a]
Figure pct00012
[표 6b]
Figure pct00013
부록 2는 추가 실시예들에 따른 표면 상에 원하는 주기적인 구조들의 배열을 생산하기 위한 레이저의 추가 작동 파라미터들을 제공한다.
도 5는 설명된 바와 같은 샘플의 표면 상에 주기적인 구조들(이 경우 크로스-해칭된 구조들(cross-hatched structures))을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 구리 샘플의 이미지를 도시한다. 표면 상의 다섯 개의 포인트들(points)(1, 3, 6, 9, 12 라벨링됨)에서 다섯 개의 SEM 이미지들은 도 5에 포함되어 있으며, 톱-햇 피라미드 구조들(top-hat pyramid structures)을 도시한다.
도 6은 설명된 바와 같은 샘플의 표면 상에 주기적인 구조들(이 경우 크로스-해칭된 구조들)을 형성하기 위한 레이저 처리 후의, (a) 내지 (e)로 라벨링된, 추가 표면들의 SEM 이미지들을 도시한다. 각 상이한 샘플은 도 6에 나타낸 바와 같이 각각의 상이한 출력 밀도의 펄스들을 겪었다(subject).
도 7은 샘플의 표면 상에 주기적인 구조들(이 경우 평행한 라인들(parallel lines))을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 샘플의 이미지를 도시한다. 또한, 샘플 표면의 다섯 개의 구역들에서 다섯 개의 SEM 이미지들은 도시된다. 샘플은 0.4 TW/cm2와 같은 출력 밀도의 레이저 펄스들을 겪었다.
도 8은 설명된 바와 같은 샘플들의 표면 상에 주기적인 구조들(이 경우 평행한 라인들)을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 세 개의 샘플들의 이미지들을 도시한다. 또한, 샘플들 중 하나의 표면의 다섯 개의 구역들에서 다섯 개의 SEM 이미지들은 도시된다. 샘플은 0.2 TW/cm2와 같은 출력 밀도의 레이저 펄스들을 겪었다.
도 9는 설명된 바와 같은 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 샘플에 대해 측정된 일차 전자 에너지에 대한 SEY의 도표이다.
도 10은 설명된 바와 같은 표면에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의, 구리 샘플의 이미지를 도시한다. 또한, 도 10은 상이한 확대들에서의 표면의 구역들의 SEM 이미지들을 도시한다.
도 11은 설명된 바와 같은 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의, 구리 샘플의 표면의 상이한 구역들의, 다양한 확대들에서의, SEM 이미지들을 도시한다.
도 12는, 페이스-온 뷰(face-on view)에서의 샘플의 추가 이미지와 함께, 절삭(cutting) 및 연마 후, 및 설명된 바와 같은 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 구리 샘플의 횡단면의 다양한 확대들에서의 SEM 이미지들을 도시한다.
도 13은 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의, 샘플의 상이한 구역들에서의 구리 샘플의 횡단면의 SEM 이미지들을 도시한다,
도 14는 샘플의 횡단면의 SEM 이미지들 및 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의, 스테인리스 스틸 층 상에 구리 층을 포함하는 동시-라미네이트된 샘플(co-laminated sample)의 이미지들을 도시한다.
도 15는 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의, 샘플의 횡단면의 추가 SEM 이미지를 도시한다.
도 16은 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의, 페이스-온 뷰에서의 샘플의 SEM 이미지를 도시한다. 삽입된 이미지는 도면에 포함되며, 페이스-온 이미지(face-on image)에 표시된 라인을 따라 횡단면의 SEM 횡단면 이미지이다. 페이스-온 이미지와 횡단면 이미지에 대응하는 위치들은 점으로 마크된다. 세 개의 빨간색 점들(도면의 흑백 버전에서는 더 어둡게 도시함) 및 한 개의 초록색 점(도면의 흑백 버전에서는 더 가볍게 도시함)이 있다. 빨간색 점들은 레이저가 두 번 패스한 구역들을 나타내고 초록색 점은 레이저가 한 번 패스한 구역을 나타낸다. 횡단면 이미지에서 레이저의 두 번의 패스들이 레이저의 한 번의 패스보다 더 깊은 밸리들/트로프들을 생산했다는 것을 알 수 있다.
도 17은 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 구리 샘플의 표면의 SEM 이미지들을 도시한다. 레이저 처리는 파장 532 nm의 레이저 펄스들 및 29.6 GW/cm2의 레이저 펄스 출력 밀도를 사용했다.
도 18은 도 17의 구리 샘플의 표면 상의 무작위로 선택된 세 개의 포인트들에서 수행된 측정들에 대한 SY 대 일차 전자 에너지의 도표이다.
도 19는 도 17 및 도 18의 구리 샘플을 포함하는, 샘플 표면들의 이미지이다.
도 20은 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들(이 경우, 크로스-해칭)를 형성하기 위한 레이저 처리 후의 샘플 표면의 이미지와 함께, 설명된 바와 같은 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 세 개의 크로스-해칭된 샘플들에 대한 SEY 대 일차 에너지의 도표를 도시한다.
도 21은 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들(이 경우, 그루브들)을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 샘플의 표면의 이미지와 함께, 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 세 개의 그루브된 샘플들에 대한 SEY 대 일차 에너지의 도표를 도시한다.
도 22는 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들(이 경우, 크로스-해칭)을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 샘플의 표면의 이미지와 함께, 설명된 바와 같은 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 네 개의 크로스-해칭된 샘플들에 대한 SEY 대 일차 에너지의 도표를 도시한다.
도 23은 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들(이 경우, 그루브들)을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 샘플의 표면의 이미지와 함께, 설명된 바와 같이 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 세 개의 그루브된 샘플들에 대한 SEY 대 일차 에너지의 도표를 도시한다.
도 24는 설명된 바와 같이 샘플의 표면 상에 주기적인 구조들을 형성하기 위한 레이저 처리 후의 샘플의 표면들의 추가 이미지들을 도시한다.
이론에 구속되기를 바라지 않고, 보호의 범위를 제한하지 않고, 적어도 일부 실시예들과 관련하여 발생할 수 있는 공정들에 관한 다음의 설명이 제공된다.
레이저 엔지니어링(Laser engineering)은 실시예들에 따른 주기적인 구조들의 형성을 제공하는 포괄적인 방법론을 제공한다. 정밀 레이저 엔지니어링(Precision laser engineering)은 실제로 반도체들 내의 두 가지 유형들의 여기들(excitations), 절연체들(insulators) 내의 진동들 및 금속들 내의 자유 전자들을 일으킬 것으로 예상된다. 레이저들이 재료들을 엔지니어링할(engineer) 수 있는 메커니즘들은 다음과 같다:
(i) 광-열 인터랙션(Photo-thermal interaction)(PTI) - 짧은 체류 시간을 제공하는 레이저 빔들을 사용하여 일반적으로 달성됨(예컨대, 나노초 펄스 폭의 레이저들).
(ii) 광-박리 인터랙션(Photo-ablation interaction)(PAI) - 매우 짧은 체류 시간을 제공하는 레이저 빔들을 사용하여 구상됨(envisaged)(예컨대, 피코초 또는 펨토초 펄스 폭을 구비한 레이저들).
표 4 및 5 및 도 13 내지 도 16과 관련하여 설명된 실시예들에 대한 레이저 가공은 PTI 체제(regime)일 수 있다. 표 1 내지 표 3 및 도 2 내지 도 11과 관련하여 설명된 실시예들에 대한 레이저 가공은 PAI 체제일 수 있다.
PTI 체제에서, 집속된 레이저 빔은 공간적으로 제한된, 강렬한 열원으로서 작용한다. 타켓이 된 재료가 급격히 가열되어, 결국 기화된다(vaporized). 보호의 범위에 대한 제한을 암시하기를 바라지 않고, 타겟이 된 재료는 끓여서 증발시키는 것으로서(as being boiled away) 불려질 수 있다. 이 접근법의 장점은 타겟 재료의 상대적으로 많은 양을 신속하게 제거할 수 있다는 것이다. 그러나, 주변 열 영향 존(peripheral heat affected zone)(HAZ) 손상 및 가공 후 일부 재구성 재료(recast material)의 존재는 정밀 레이저 재료 엔지니어링에 대한 열 제한의 관점에서 한계들을 나타낸다.
PAI 체제에서, 레이저는 재료 내부의 광의 다중-광자 흡수(multi-photon absorption)를 유도한다. 이것은 재료로부터 전자들을 분해하며(strips), 이는 쿨롬 반발(Coulomb repulsion)로 인해 폭발한다. PAI는 단순히 가열하는 것이 아니라 재료를 함께 홀드하는(hold) 분자 또는 원자 결합들을 직접적으로 파괴하는 것(breaking)을 포함하며, 본질적으로 '뜨거운' 공정('hot' process)은 아니다. 재료가 매우 짧은 시간프레임(timeframe) 내에 제거되기 때문에, 열이 주변 재료로 퍼질 수 있기 전에 제거된 재료는 대부분의 에너지를 운반한다. 이러한 효과들은 상당히 감소된 HAZ의 결과를 낳을 수 있다. 또한, 이것은 클린 공정(clean process)이며 최소한의 재구성 재료를 남기므로, 정교한 사후-공정의 필요성을 제거해준다. PAI 메커니즘은 선형 광학 흡수가 낮고 기존 기술들로는 엔지니어링하기 어려운 고 대역-갭 재료들(high band-gap materials)을 포함하여, 매우 광범위한 재료들과 호환된다. PAI 메커니즘은 '파장 중립(wavelength neutral)'으로 간주될 수 있다; 즉, 재료가 레이저 파장에서 정상적으로 투과성이더라도 비선형 흡수가 감소될 수 있다.
PAI 메커니즘은 표면들의 전자 일 함수(electron work function)의 맞춤 설계를 근본적으로 허용할 수 있다.
PTI 및 PAI 메커니즘은 각각 도 37a 및 37b에 개략적으로 도시된다.
예를 들어 피코초 범위 또는 이하에서의 펄스 지속시간의 사용과 같은, 표면에 적용되는 펄스화된 방사선의 특성들이, 형성된 주기적인 구조들이, 예를 들어 나노-초 범위에서의 펄스 지속시간과 같은, 더 긴 지속시간 및/또는 더 높은 에너지의 펄스화된 방사선을 사용하여 형성되는 특징들 보다 더 얕은 깊이(shallower depth) 및/또는 더 완만하게 기울어지도록(more gently sloped) 할 수 있는 것은 실시예들의 추가 특징이다.
또한, 이론에 구속되기를 바라지 않고, 보호의 범위를 제한하지 않고, 적어도 일부 실시예들과 관련하여 발생할 수 있는 공정들에 관한 다음의 설명이 제공된다.
매우 높은 강도들(또는 높은 조사량(irradiance))에서의 조사(irradiation)에서, 약 1020 W/cm3의 율(rate)로 에너지가 방출되는 처음 수십 nm에서는 밀도가 높고 강한 흡수 재료의 문제에 직면하게 된다. 일단 무작위화된(once randomised), 이 에너지의 일부는 재료의 벌크(bulk)로 전도되고(conducted), 일부는 가열된 층의 열 팽창(thermal expansion)에 의해 방향성 운동 에너지(directed kinetic energy)로 변환된다. 두 개의 체제는 이 점에서 구별된다.
1. 재료의 박리 및 팽창에 의해 지배되는 나노초 펄스화된 레이저 인터랙션(Nanosecond pulsed laser interaction). 여기서, 가열된 층의 열 압력은 밑에 있는 타겟 재료(underlying target material)의 현저한 압축을 야기하기에 충분하다.
2. 펄스 지속기간 동안 유체 역학적 운동(hydrodynamic motion)은 무시할 수 있기 때문에(레이저 펄스들은 나노초 보다 1000 배 이상 더 짧을 수 있음) 열 전도가 지배적인 피코초 펄스화된 레이저 인터랙션(예를 들어, 본원에 설명된 일부 실시예들에 따라). 피코초 체제에서, 가공된 층의 유체 역학적 팽창이 시작되기 전에 밀도가 높은 재료의 강한 가열이 발생할 수 있다. 이 체제에서 생산된 플라즈마들(plasmas)은 본질적으로 고체 타겟 자체와 동일한 밀도를 가질 수 있다. 이것은 - 냉각 시 - 나노-구조로 커버된 - 조사 파라미터들에 따라 1 마이크로미터(micrometres)로부터 50 마이크로미터 범위의 - 미세 구조들이 형성된다.
일부 실시예들에 따라 피코초 지속시간 펄스화된 방사선을 사용하면 표면 위로 적절한 패턴으로 레이저 빔을 스캐닝함으로써 획득된 더 큰 스케일(scale)의 피크들 및 트로프들에 더하여 표면 상에 나노-리플들(nano-ripples) 또는 다른 작은 스케일 구조들의 형성을 야기할 수 있다. 그러한 나노-리플들 또는 다른 작은 스케일 구조들은 일부 경우들에서는 더 큰 주기적 피크 및 트로프 구조들에 의해 획득된 감소 이외에, PEY 또는 SEY를 더 줄일 수 있다. 또한, 일부 경우들에서, 나노-리플들 또는 다른 작은 스케일 구조들 및/또는 나노초 펄스들 보다 피코초와 관련된 더 얕은 피크들 및 트로프들은, 예를 들어 감소된 유도(induction)와 같은, 표면의 향상된 또는 대안적 성질들을 제공할 수 있고, 및/또는 나노- 또는 마이크로-스케일에서 증가된 영역을 구비한 표면을 제공할 수 있다.
또한, 이론에 구속되기를 바라지 않고, 보호의 범위를 제한하지 않고, 추가 설명들은 다음과 같다.
표면 거칠기가 증가함에 따라, 최대 SEY는 밸리들에 의해 특성화된 표면에 대해 줄 수 있지만, 그것은 힐들(hills)로 덮힌 표면에서 상당하게 증가할 수 있다. 이 관찰은 힐 및 밸리 구조들이 그것들의 상이한 형태상의 특징들 및 표면 전자 일 함수들(surface electron work functions)(EWF)으로 인해, 각각, SEY를 증가시키거나 줄이는데 매우 효과적일 수 있음을 나타낸다.
총 SEY는 표면에 입사하는 일차 전자들(PEs)에 대한 후방산란된 전자들(backscattered electrons)(BSEs) 및 두 방사된 실제 이차 전자들(SEs)의 비율을 나타낼 수 있다.
예시: 공기에 노출된 샘플 표면은 흡착된 가스들 및 탄화수소들로 쉽게 오염될 수 있으며, 그것들의 SEY는 증가할 수 있다.
오염들에 의한 높은 SEY는 전자 증식을 일으켜 결국 마이크로파 디바이스들의 성능 및 대형 입자 가속기들의 파괴적인 전자-클라우드 불안정성을 저하시킬 수 있다.
SEY의 증가는 전자 일 함수[EWF]에서의 감소를 나타낸다.
표면 거칠기가 증가함에 따라 SEYmax는 힐들에 의해 절약되는(spared) 표면들에 대해 상당한 증가를 가진다. 이 현상은 힐 구조가 SE 방사에 긍정적인 역할을 할 수 있음을 의미한다. 또한, SEYmax는 밸리들에 의해 특성화되는 표면들에 의해 빠르게 줄어드는데, 이는 SEYmax에서의 감소의 주요 요인일 수 있다.
밸리 구조들의 경우에서, SE들은 측벽들(sidewalls)과의 충돌을 통해 효율적으로 트랩될(trapped) 수 있으므로, SEY는 하락한다. 그럼에도 불구하고, 힐 구조들에 대해서는, 측벽들의 부작용을 제외하고는, SE 방사에 몇몇의 긍정적인 영향들을 미친다. 예를 들어, 일부 PE들은 힐들을 구비한 로컬 표면들(local surfaces)에 비스듬하게(obliquely) 치며(strike), 이는 수직 입사(normal incidence)보다 많은 SE들을 더 유도할 것이다. 또한, SE들은 힐들의 측벽을 다시-들어갈(re-enter) 가능성이 있으므로, 결과적으로 SE들 세대들(SEs generations)이 늘어난다. 대부분의 다시-들어간 SE들은 표면 전위 장벽을 극복하고 진공으로 벗어나는 저 에너지들을 구비한 많은 실제 SE들을 생성하는 고 에너지들을 구비한 BSE들이 될 수 있다.
상이한 표면 형태들에 의해 유도된 전자 일 함수(EWF)의 변화들은 또한 SEY 변이들에 원인일 수 있다. 일 함수는 표면 피크들에서 줄고 표면 거칠기가 증가함에 따라 표면 밸리들에서 증가할 수 있다. 우리의 구조화 작업에서 힐들 및 밸리들은 표면 피크들 및 밸리들로서 간주될 수 있다. 힐 구조들에 의해 도입된 더 거친 표면은 종종 더 낮은 전자 일 함수(EWF)를 가져서, 따라서 자연적으로 SEY가 증가한다. 그러나, EWF는 밸리 구조들을 구비한 표면을 거칠게 함으로써 향상될 것이며, 결국 SEY는 준다.
예를 들어, 아래 부록 3 및 부록 4에 설명된 바와 같이, 레이저-처리된 샘플들의 탈지는 샘플의 SEY를 증가시킬 수 있음을 발견했다. 그러한 절차들로 인해 샘플 저장 또는 사용 중에 발생할 수 있는 SEY의 줄어듦 보다 더 큰 SEY의 증가가 발생할 수 있음을 발견했다. 부록 3 및 부록 4에 NGL(RTM) 탈지 제품을 사용하는 클리닝(cleaning)이 설명되어 있지만, 임의의 적절한 탈지, 클리닝, 스무딩(smoothing) 또는 표면 탄소 저감 공정이 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 탈지제(degreaser)는 샘플의 형태를 실질적으로 변화시키지 않을 수 있지만, 예를 들어, 금속 산화물들, 그리스(grease) 또는 먼지와 같은, 표면으로부터의 재료들 또는 혼합물들, 혼합물들 또는 다른 재료들 또는 다른 바람직하지 않은 및/또는 외부 화합물들, 탄소 또는 탄소-함유 화합물들의 층을 제거할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서 99.7 % 빙초산(glacial acetic acid)(임의의 다른 적절한 농도가 사용될 수 있음)은 예를 들어 실온에서, 예를 들어 실질적으로 표면 형태 변화 없이 구리(Ⅰ) 및 구리(Ⅱ) 산화물 및/또는 다른 재료들과 같은, 표면 재료들을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 순전히 예시로써 설명되었으며, 본 발명의 범위 내에서 세부 사항의 수정들이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 설명의 각 특징, 및 (해당되는 경우) 도면들은 독립적으로 제공되거나 다른 기능과 적절하게 결합하여 제공될 수 있다.
부록 1 - Al
Figure pct00014
부록 1 - A2
도 25는 스펙스랩 시스템에서 그것들의 측정들의 대략적인 영역들과 함께, "수신된(as received)" 샘플들 디스크 1 및 디스크 2의 도면을 도시한다.
도 26 및 도 27은 각 SEY 시스템에서, 두 샘플들에 대한, 일차 전자 에너지의 함수로서 SEY 계수의 결과를 나타낸다.
설명
교차 점검 SEY 측정은 두 개의 SEY 측정 시스템에서 수행되었다(도 2 및 도 3 참조). 직경 1.3cm의 크기를 구비한, 디스크들은 표면 손상을 최소화하기 위하여, 가장자리에 단일 나사로 샘플 홀더(sample holder)에 고정시켰다.
하나의 시스템에서, 샘플들은 네 개의 무작위 포인트들에서 측정되었고, 제2 시스템에서는, 관심 구역들은 도 1에 도시된 바와 같이 배치되었다.
ESCA540 0에 대해, 우리는 일차 전류를 결정하기 위해 컬렉터를 사용했으며, 다른 스펙스랩 시스템은 2mm 구경(aperture)의 패러데이 컵을 사용했으며, 양으로 바이어스되었다. 두 경우들에서, 샘플들은 부정적으로 바이어스되었다. 샘플들의 컨디셔닝을 회피하기 위하여, 충돌 전자들(impinging electrons)의 조사량(irradiating dose)은 1E-7C/mm2 아래로 유지했다.
결과
도 25 - S005_Cu_2015.06.01_13mm_디스크 1 및 디스크 2는 스펙스랩 시스템 (2 포인트들: Cu_dl_p1 및 Cu_dl_p2)에 대해 표시된 구역들의 중앙에서 측정하기 전에 두 샘플들의 도면이 도시된 바와 같다.
Obs: Esca5400에서, 4 포인트들의 측정-Cu_dl_p1 내지 p_4가 무작위로 표면에서 추출되었다
부록 1 - A4
결론
두 개의 샘플들은 최대 SEY 계수들의 중요한 분산을 보여주지 못하며, 이는 공기에 노출된, 전형적인 클린 평면 구리의 것보다 더 낮다.
부록 3 - A1
Figure pct00015
부록 3 -A2
내용
도 28a는 웜 SEY 시스템에서 SEY 측정을 위해 준비되고, 샘플 홀더 상에 놓인, "수신된" 샘플(Cu-OFE 120x20x1 스트립(strip) 1)을 도시한다. 6월 25일에 651_SEY_XPS_TE_VSC_2015_06_25로서 측정된, 이 샘플은 기준 샘플로서 간주될 것이다.
이 트립(trip)은 5 개월 동안 Al 호일에 저장되었다. 이 시간 후: 1) 동일한 피스(same piece)(도 28b의 왼쪽 피스가 SEY 계수(670_SEY_XPS_TE_VSC_2015_11_10)에 대한 시간 저장의 영향을 평가하기 위해 측정되었음; 2) 동일한 스트립의 상이한 피스가 절삭되고 NGL 탈지를 위해 화학 작업장으로 보내졌다(도 28b의 오른쪽 피스). 화학 처리 후에 관찰된 색상 차이를 언급할 가치가 있다. 화학 클리닝 후, SEY는 이 샘플에 대해(671_SEY_XPS_TE_VSC_2015_11_10) 측정되었다.
도 28은 a) SEY 측정을 위해 샘플 홀더 상에 장착된 "수신된" 샘플; b) 5 개월 저장 후(왼쪽) 및 NGL 화학 탈지 수행 후(오른쪽)에 측정된 샘플들의 세부사항을 도시한다.
SEY 측정들은 원래 (12x2) cm 스트립(도 28a 및 도 28b) 중 하나로부터 절삭된, (2x2) cm 피스들에서 수행되었다. 샘플은, 표면 손상을 최소화하기 위하여, 가장자리의 두 개의 포인트들에서 고정되었다.
웜 SEY 시스템의 경우, 우리는 두 개의 상이한 6517B 키슬리 피코-암미터(Keithley pico-ammeters)에 의해 샘플(Is) 및 컬렉터(Ic)의 전류를 동시에 측정하여, SEY(?)를 결정한다. SEY는 다음 공식에 따라 계산되었다:
Figure pct00016
샘플은 -18V에서 음으로 바이어스되고 콜렉터는 +45V에서 양으로 바이어스된다. 충돌 전자들의 조사량은 샘플들의 컨디셔닝(conditioning)을 회피하기 위하여 10-7 C/mm2 아래로 유지되었다.
부록 3 -A3
결과
도 29는, 저장된 샘플에 대한 샘플(왼쪽) 및 NGL으로 탈지된 것(오른쪽) 및 전자 총(electron gun) 사이의 거리를 일정하게 유지하는, 직교하는 x 및 y 방향에서, 각 샘플에 대해 표면을 가로 지르는 다섯 개의 상이한 포인트들에 대한 일차 전자 에너지의 함수로서 SEY를 도시한다.
도 29는 도시한다 - Cu_2015.10.1l_2xl2cm_저장됨(왼쪽) 및 Cu_2015.10.1l_2xl2cm_탈지됨(오른쪽) SEY를 각 샘플의 다섯 개의 무작위 포인트들에 대한 일차 에너지의 함수로서.
SEY에서의 화학 클리닝 이펙트를 더 잘 이해하기 위해, 두 곡선들을 함께 도시하였다(도 30). 두 샘플들은 측정하기 전에 5 개월 동안 저장되었음을 유의한다. 탈지가 최대 SEY(약 0.95로부터 0.75로)의 감소에 미치는 이펙트를 명확히 볼 수 있다.
도 30은 도시한다 - 샘플들 Cu_2015.10.1l_2xl2cm_저장됨(빨간색 라인들) 및 Cu_2015.10.1l_2xl2cm_탈지됨(초록색 라인들)의 SEY 비교.
부록 3 - A4
SEY 측정들 외에도, XPS 분석은 각 샘플에 대해 수행되어 그것들 사이의 (표면 성분의 측면에서) 질적 및 양적 차이들을 설정했다. 도 31은 두 샘플들에서 측정된 XPS 조사의 비교를 도시한다. 또한, 각 요소(즉, Cu, O, N 및 C)의 더 정확한 비교는 도 31의 하부에 포함된다.
도 31은 도시한다 - 샘플들 Cu_2015.10.11_2xl2cm_저장됨(빨간색 라인들) 및 Cu_2015.10.11_2xl2cm_탈지됨(초록샌 라인들)의 XPS 분석 비교.
부록 3 - A5
표 1은 두 샘플에 대한, XPS 결과들로부터 추출된, 표면 상대 성분을 나타낸다. C 1s의 감소된 양은 탈지된 샘플에서 측정됨(즉, 7.8 %)을 언급할 만한 가치가 있다.
Figure pct00017
마지막으로, 두 저장된 샘플들의 SEY 계수들은 도 32에서 참조된 것(즉, Cu_2015.06.25_2xl2cm_3rd_세리(serie))과 비교된다. 이 비교에 따르면, 그것은 공기 중 샘플 저장의 이펙트를 뒷받침 할 수 있으며, 이는 SEY 신호(약 0.8로부터 0.95로)의 증가를 유발한다. 반면에, 5 개월 저장 후 샘플의 클리닝은 SEY 곡선의 모양이 잘 변경되어, 최대 SEY 값이 0.75-0.8로 감소시킨다.
도 32는 도시한다 - 세 가지 상이한 샘플들에 대한 일차 에너지의 함수로서 SEY 계수의 전개(Evolution): 기준(파란색 라인들), 저장됨(빨간색 라인들), 저장 후 탈지됨(초록색 라인들).
부록 3 - A6
결론
* 5 개월 동안 Cu-OFE 샘플의 저장은 SEY 값이 약 0.8로부터 0.95로의 증가를 유발한다.
* 샘플을 5 개월 동안 보관했더라도, NGL 탈지 방법에 의해 적절하게 클리닝하면, SEY 계수는 기준 샘플에서 측정된 값보다 훨씬 더 낮은 값(0.75 ~ 0.8까지)으로 현저히 감소된다. SEY 곡선의 모양 변화는 화학적 클리닝으로 인한 표면 거칠기의 감소와 관련될 수 있으며, 이는 또한 도 1b에 도시된 바와 같이, 샘플 색상의 변화를 생산한다.
* 모든 경우들에서, 표면들은 균질하다, 탈지된 샘플이 더 높은 분산을 구비한 것인, SEY 분산 관점에서(from the SEY dispersion point of view, being the degreased sample the one with a higher dispersion).
* 표면 성분의 관점에서, NGL 용액의 사용은 표면에서의 C 농도가 크게 감소한다.
* 결론적으로, NGL 탈지 절차는 SEY 계수를 감소하고, 0.8의 범위 에서 유지한다고 말할 수 있다. 이 클리닝 방법은 샘플의 C의 수준을 상당히 감소시키고 표면의 스무딩를 유발하며(도 28b에 도시된 바와 같이, 탈지 후에 관찰된 상이한 색상에 의해 확인됨), 이는 500 eV의 범위에 위치된 최대 피크를 구비한 SEY 곡선으로 변한다.
부록 4 - A1
1. 소개
샘플 준비(에탄올로 클리닝 공정) 동안 LESS 표본들(LESS specimens)에서의 색상 변이들은 이전 연구들에서 시각적으로 나타났다. 색상 변화는 표면 상의 먼지의 제거와 관련될 수 있다.
1.1 연구의 목표
분말 재료의 가능한 분리(detachment)를 확인하기 위해, Cu-OFE로 만들어진 하나의 LESS 샘플에서 예비 연구가 수행되었다. 그것은 다른 클리닝 공정들에 노출된 5 개의 표본들에서 절삭하고, 표면 질감의 차이들은 광학 및 전기 현미경에 의해 연구되었다.
1.2 키워드들(Key words)
OM, SEM, US
2. 프로토콜(Protocol)
2.1 샘플들
표본들은 도 33과 같이 Cu-OFE LESS 샘플로부터 절삭되었다.
도 33은 도시한다 - a) 수신된 Cu-OFE LESS 샘플, b) 절삭 후 및 c) 표본 식별의 육안 관찰들.
부록 4 - A2
2.2 장비
- 이미징(Imaging)을 위한 후방-산란된 전자(Back-scatter Electron)(AsB) 검출기들, 에반-쏜리 이차 전자(Evan-Thornley Secondary Electron)(SE2), 인렌즈(InLens)(이차 전자)를 구비한 필드 방사 총 페그 시그마(field emission gun Feg Sigma)(ZEISS), 스캐닝 전자 현미경(SEM)
- 50 mm2 X Max EDS 검출기(Oxford), INCA 소프트웨어.
- 디지털 현미경 KEYENCE VHX 1000
3. 실험 작업 및 결과들
표본들은 표 1에 요약된 바와 같이 다양한 절차들로 클리닝되었다. 샘플 #4의 특정 경우에서, 표본 표면에 탄소 스티커(carbon sticker)를 약간 부착하고 제거하는 것이 클리닝 공정이었다. 또한 탄소 스티커는 그것의 표면에 부착된 입자들의 유무를 확인하기 위해 고해상도에서 관찰되었다.
표 1 - 각 표본의 클리닝 공정
Figure pct00018
3.1 클리닝 전후의 광학 관찰
광학 현미경 관찰은 설계된 클리닝 공정 전후에 동일한 현미경 파라미터들(광, 배율, 초점...)로 각 표본의 동일 영역에서 수행되었다. 관찰들의 요약은 도 2에 표시되었다.
부록 4 - A3
도 34는 도시한다 - 클리닝 전후의 다양한 표본들의 광학 현미경 관찰의 요약.
3.2 클리닝 후의 SEM 관찰
SEM 관찰은 OM 관찰과 거의 동일한 영역들에서 수행되었으며, 기준 관찰도 관찰되었다 (도 34 참조).
접착 표면으로서 사용된 탄소 스티커 또한 관찰되었으며 SEM 이미지들은 도 34에 도시된다. LESS 표면으로부터의 입자들(콜리플라워 구조들(cauliflower structures))은 두 영역들 사이의 약간의 접촉 후에 스티커에 부착되었다.
부록 4 - A5
도 36은 도시한다 - LES 표면에서 관찰되는 특성적인 콜리플라워가 있는 탄소 스티커 표면의 SEM SE2 이미지들.
4. 관찰의 요약
* 에탄올에 대한 울트라-사운드 클리닝을 한 표본들은 사용된 시간(1 분 또는 5 분)과 관계없이, 피크 리지들에 부착된 입자들(콜리플라워 구조들)의 감소를 나타냈다.
* 압력 공기로 1 분 동안 클리닝된 샘플 #3의 경우에서 기준 샘플에 대해 명확한 변화들이 관찰되지 않았다.
* 같은 방식으로, (클리닝 공정으로서) 탄소 스티커가 표면에 약간 부착된 샘플 #4에서는 큰 변화들이 감지되지 않았다.
* 그럼에도 불구하고, 스티커의 SEM 관찰은 샘플 #4로부터 쉽게 분리되는 입자들이 거의 없음을 확인했다(최대 3㎛).

Claims (30)

  1. 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 방법에 있어서,
    상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 생산하도록 상기 표면에 레이저 방사선을 적용하는 단계
    를 포함하고,
    상기 레이저 방사선은 일련의 레이저 펄스들을 포함하는 펄스화된 레이저 방사선을 포함하고, 상기 펄스들의 출력 밀도는 0.01 TW/cm2　내지 3 TW/cm2, 선택적으로는 0.1 TW/cm2　내지 3 TW/cm2 범위에 있는
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 밀도는 0.1 TW/cm2　내지 2 TW/cm2 범위에, 선택적으로는 0.3 TW/cm2　내지 2 TW/cm2 범위에, 선택적으로는 0.4 TW/cm2　내지 1.5 TW/cm2 범위에, 더 선택적으로는 0.38 TW/cm2　내지 0.6 TW/cm2, 0.16 TW/cm2　내지 0.54 TW/cm2 범위에 있는
    방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레이저 방사선을 적용하는 단계는 상기 표면이 1.5 보다 작고, 선택적으로는 1.2 보다 작고, 선택적으로는 1.0 보다 작고, 선택적으로는 0.7 보다 작거나 같고, 선택적으로는 0.2 내지 1.0 범위에, 선택적으로는 0.5 내지 1.0 범위에, 선택적으로는 0.3 내지 0.9 범위에, 선택적으로는 0.6 내지 0.8 범위에, 선택적으로는 대략 0.7과 같은, SEY의 값을 가지도록 상기 표면의 성질들을 변경시키는 것과 같은 것인
    방법.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 레이저 펄스들의 적어도 일부는 상기 표면의 재료의 열 완화 시간보다 더 짧은 지속시간을 갖는
    방법.
  5. 제1항 내지 제4항에 있어서,
    상기 레이저 펄스들의 펄스 지속시간은 200 펨토초(fs) 내지 1000 피코초(ps) 범위에, 선택적으로는 1 ps 내지 100 ps 범위에, 선택적으로는 1 ps 내지 50 ps 범위에, 선택적으로는 5 ps 내지 500 ps 범위에 있는
    방법.
  6. 제1항 내지 제5항에 있어서,
    상기 표면 상의 상기 주기적인 구조들의 배열은 실질적으로 서로 평행한 주기적인 일련의 피크들 및 트로프들을 포함하고, 선택적으로는 상기 피크들은 실질적으로 상부에서 평평할 수 있고 및/또는 상부에서 둥글 수 있고, 및/또는 실질적으로 상부에서 뾰족한 및/또는 날카로운 구역들을 가질 수 없는
    방법.
  7. 제1항 내지 제6항에 있어서,
    상기 피크들 중 적어도 일부에 대한 상기 피크 내지 트로프 거리, 및/또는 평균 또는 중간 피크 내지 트로프 거리는, 0.5 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에, 선택적으로는 20 ㎛ 내지 80 ㎛ 범위에, 선택적으로는 1 ㎛ 내지 60 ㎛ 범위에 있는
    방법.
  8. 제1항 내지 제7항에 있어서,
    상기 주기적인 구조들의 배열은 크로스-해칭된 배열 또는 실질적으로 크로스-해칭 없는 피크들 및 트로프들의 실질적으로 평행한 라인들의 배열을 포함하는
    방법.
  9. 제1항 내지 제8항에 있어서,
    상기 구조의 주기적 배열을 생산하도록 상기 표면을 가로 질러 상기 레이저 소스의 단일 패스를 수행하는 단계
    를 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항에 있어서,
    상기 레이저 방사선은 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 범위 또는 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위에서의 상기 표면 상의 초점 스팟 직경을 갖는 펄스화된 레이저 빔을 포함하는
    방법.
  11. 제1항 내지 제10항에 있어서,
    상기 펄스화된 방사선은 10 kHz 내지 1 MHz 범위에서의 펄스 반복률을 갖는
    방법.
  12. 제1항 내지 제11항에 있어서,
    상기 레이저 방사선의 평균 출력은 0.3 W 내지 20 W 범위에, 또는 1 W 내지 5 W 범위에, 또는 0.1 W 내지 1 W 범위에, 또는 0.1 W 내지 2 W 범위에, 또는 0.3 W 내지 5 W 범위에 있는
    방법.
  13. 제1항 내지 제12항에 있어서,
    상기 레이저 방사선을 상기 표면에 적용하는 단계는 펄스화된 레이저 빔을 상기 표면 위로 스캐닝하는 단계를 포함하고, 상기 스캐닝을 위한 스캔 속도는 1 mm/s 내지 200 mm/s 범위에 있을 수 있는
    방법.
  14. 제1항 내지 제13항에 있어서,
    상기 표면 위로 상기 펄스화된 레이저 빔을 스캐닝하는 단계는 2 회 및 10 회 사이에서 반복되거나, 한 번 수행되는
    방법.
  15. 제1항 내지 제14항에 있어서,
    상기 표면에 대한 상기 레이저 방사선의 입사각은 0도로부터 30도로의 또는 90도로부터 60도로의 범위에 있는
    방법.
  16. 제1항 내지 제15항에 있어서,
    상기 방사선의 파장은 100 nm 내지 2,000 nm 범위에 있는, 선택적으로는 528 nm 또는 532 nm 또는 1030 nm 또는 1064 nm 또는 1070 nm인
    방법.
  17. 제1항 내지 제16항에 있어서,
    상기 표면에 상기 레이저 방사선을 적용하는 단계는 추가 구조들을 생산하는 것과 같은 것이고, 상기 추가 구조들은 상기 주기적인 구조들의 배열의 구조들 보다 더 작은
    방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 추가 구조들은 추가 주기적인 구조들, 선택적으로는 리플들 또는 나노-리플들을 포함하는
    방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 추가 구조들은 레이저 유도된 주기적 표면 구조들(LIPPS)을 포함하는
    방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가 구조들은 10 nm 내지 1 ㎛ 범위의, 선택적으로는 100 nm 내지 1 ㎛ 범위의 주기성을 갖는
    방법.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추가 구조들은 상기 구조들의 주기적 어레이의 적어도 일부분을 커버하고 및/또는 상기 주기적인 구조들의 배열의 피크들에 및/또는 트로프들에 형성되는
    방법.
  22. 제1항 내지 제21항에 있어서,
    상기 표면은 금속 표면, 선택적으로는 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 티타늄 표면을 포함하는
    방법.
  23. 제1항 내지 제22항에 있어서,
    상기 표면은, 진공 챔버, 우주선, 검출 장치, 검출기, 예를 들어 알.에프. 도파관과 같은 도파관, 빔라인, 입자 가속기 중 적어도 하나의 구성 요소의 표면을 포함하거나, 그의 일부를 형성하는
    방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 표면에 상기 주기적인 구조들의 배열을 생산하도록 상기 표면에 상기 레이저 방사선을 적용한 다음 상기 장치에 상기 구성 요소를 설치하는 단계; 또는
    상기 장치에서 제자리에 상기 구성 요소를 구비한 상기 표면에 상기 레이저 방사선을 적용하는 단계
    를 포함하는 방법.
  25. 제1항 내지 제24항에 있어서,
    고체 레이저를 사용하여 방사선을 적용하는 단계
    를 포함하고,
    선택적으로는 상기 고체 레이저는 Nd:YVO4 또는 Nd:YAG 또는 Yb:YAG 또는 Nd:KGW 또는 Nd:KYW 또는 Yb:KGW 또는 Yb:KYW 레이저, 또는 펄스화된 섬유 레이저, 선택적으로는 Yb, Tm 또는 Nd 펄스화된 레이저를 포함하고,
    선택적으로는 상기 방사선을 적용하는 단계는 상기 레이저 또는 그것의 제2 또는 제3 고조파의 작동의 기본 파장을 사용하는 단계를 포함하는
    방법.
  26. 제1항 내지 제25항에 있어서,
    상기 레이저 방사선의 적용 후 상기 표면에 대해 표면 탄소 감소 공정을 수행하는 단계, 및/또는 상기 레이저 방사선의 적용 후 상기 표면을 탈지, 클리닝 또는 스무딩하는 단계 중 적어도 하나
    를 더 포함하는 방법.
  27. 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 장치에 있어서,
    표면에 펄스화된 레이저 방사선을 적용하는 레이저 소스; 및
    상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 형성하도록 일련의 레이저 펄스들로서 상기 레이저 방사선을 적용하는 상기 레이저 소스를 제어하도록 구성되는 레이저 제어기
    를 포함하고,
    상기 펄스들의 출력 밀도는 0.01 TW/cm2 내지 3 TW/cm2, 선택적으로는 0.1 TW/cm2 내지 3 TW/cm2 범위에 있는
    장치.
  28. 제27항에 있어서,
    제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는
    장치.
  29. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 형성되는 상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 포함하는 레이저 처리된 표면.
  30. 표면의 광전자 수율(PEY) 및/또는 이차 전자 수율(SEY)을 감소시키는 방법에 있어서,
    상기 표면 상에 주기적인 구조들의 배열을 생산하도록 상기 표면에 레이저 방사선을 적용하는 단계,
    상기 레이저 방사선은 일련의 레이저 펄스들을 포함하는 펄스화된 레이저 방사선을 포함하고, 상기 레이저 펄스들의 펄스 지속시간은 200 펨토초(fs) 내지 1000 피코초(ps) 범위에 있는
    방법.
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