KR20230116474A - Gas cluster ion beam generator - Google Patents

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KR20230116474A
KR20230116474A KR1020220013452A KR20220013452A KR20230116474A KR 20230116474 A KR20230116474 A KR 20230116474A KR 1020220013452 A KR1020220013452 A KR 1020220013452A KR 20220013452 A KR20220013452 A KR 20220013452A KR 20230116474 A KR20230116474 A KR 20230116474A
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gas
skimmer
ion beam
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KR1020220013452A
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이상주
최명철
최창민
위진영
백지영
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한국기초과학지원연구원
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Abstract

일 실시 예에 따른 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치는, 가스를 수용하는 챔버; 상기 챔버로부터 유입받은 가스를 클러스터 형태로 분사하기 위한 클러스터 노즐; 상기 클러스터 노즐에 의해 분사되는 가스 클러스터를 이온화하기 위한 이온화부; 상기 이온화부에서 이온화된 가스 클러스터에 전위차를 형성함으로써, 상기 이온화된 가스 클러스터를 가속화시킴으로써 외부로 이온 빔을 방출하는 이온 가속부; 및 상기 클러스터 노즐에 의해 분사되는 상기 가스 클러스터를 선별하여, 상기 이온화부로 전달하기 위한 스키머를 포함하고, 상기 클러스터 노즐의 직경, 상기 스키머의 직경 또는 상기 클러스터 노즐과 상기 스키머 사이의 거리는 조절될 수 있다.An apparatus for generating a gas cluster ion beam according to an embodiment includes a chamber accommodating a gas; a cluster nozzle for injecting the gas introduced from the chamber in a cluster form; an ionization unit for ionizing the gas cluster injected by the cluster nozzle; an ion accelerator for accelerating the ionized gas cluster by forming a potential difference between the gas clusters ionized in the ionizer and emitting an ion beam to the outside; and a skimmer for selecting the gas cluster injected by the cluster nozzle and transferring the gas cluster to the ionizer, and a diameter of the cluster nozzle, a diameter of the skimmer, or a distance between the cluster nozzle and the skimmer may be adjusted. .

Description

가스 클러스터 이온 빔 생성 장치{GAS CLUSTER ION BEAM GENERATOR}Gas cluster ion beam generator {GAS CLUSTER ION BEAM GENERATOR}

아래의 설명은 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치에 관한 것이다.The description below relates to a gas cluster ion beam generating device.

열 전자를 방출하여 이온화하는 가스 클러스터 이온 빔(Gas Cluster Ion Beam, GCIB)은 원천 기체를 고압에서 노즐을 통하여 초음속으로 진공에 팽창시키면서 중성 클러스터를 형성한다. 스키머를 통하여 제2진공단계에 들어간 클러스터는 전자의 맹폭을 받고 이온화되어 몇 킬로볼트로부터 몇십 킬로볼트까지 빔의 응용의도에 맞는 고에너지로 가속된다. 목표물을 향해 이동하는 동안 가속되는 클러스터 이온의 수백 개 또는 수천 개의 약하게 뭉쳐진 구성원자가 나누어 가진 총 에너지는 몇 keV 또는 그 이상에 이른다. 목표 표면에 충격을 줄 때 클러스터의 무게는 크지만 각 원자가 가진 에너지는 낮다. 따라서 목표 표면의 클러스터 원자의 침투는 클러스터 전체의 높은 에너지가 아니라 각 원자의 낮은 에너지에 의하여 결정된다.A gas cluster ion beam (GCIB), which ionizes by emitting thermal electrons, forms neutral clusters while expanding a source gas into a vacuum at supersonic speed through a nozzle at high pressure. The cluster entering the second vacuum stage through the skimmer receives an electron blast and is ionized and accelerated to a high energy ranging from several kilovolts to several tens of kilovolts suitable for the intended application of the beam. The total energy shared by the hundreds or thousands of weakly packed members of the cluster ions being accelerated while moving towards the target is a few keV or more. When impacting a target surface, the mass of the cluster is high, but the energy of each atom is low. Therefore, penetration of cluster atoms into the target surface is determined by the low energy of each atom, not the high energy of the cluster as a whole.

가스 클러스터 이온 빔을 형성하는 기술 분야에 있어서, 이온 빔 밀도가 높으면서도 안정적인 운영이 가능한 가스 클러스터 이온 빔 장치의 개발이 요구되는 실정이다.In the field of technology for forming a gas cluster ion beam, there is a need to develop a gas cluster ion beam device capable of stable operation while having a high ion beam density.

한편, 기체 클러스터 생성을 위한 노즐, 스키머 및 스키머 및 노즐 상호 간의 최적 거리에 대한 수치 한정이 부재하는 점이 문제시되고 있다. 기체 클러스터는 고압의 노즐에서 생성될 때, 초음속으로 가속되면서 소닉 붐이 발생하며 클러스터가 깨지는 현상이 발생하는데, 노즐, 스키머 및 상호간의 최적 거리를 결정함으로써 수율 향상 및 클러스터 유지가 가능하다. On the other hand, there is a problem in that there is no numerical limitation for nozzles, skimmers, and optimal distances between the skimmer and nozzles for generating gas clusters. When a gas cluster is generated in a high-pressure nozzle, a sonic boom occurs while accelerating at supersonic speed, and the cluster is broken. By determining the optimal distance between the nozzle and the skimmer, it is possible to improve yield and maintain the cluster.

등록특허 10-2305099호(등록일 2021년 09월 27일)에는 혼합 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치 및 이를 포함하는 질량 분석기에 관하여 개시되어 있다.Registered Patent No. 10-2305099 (registered on September 27, 2021) discloses a mixed gas cluster ion beam generating device and a mass spectrometer including the same.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above background art is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the present invention, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public prior to filing the present invention.

일 실시 예에 따른 가스를 수용하는 챔버부; 상기 챔버부로부터 유입받은 가스를 클러스터 형태로 분사하기 위한 클러스터 노즐부; 상기 클러스터 노즐부에 의해 분사되는 가스 클러스터를 이온화하기 위한 이온화부; 상기 이온화부에서 이온화된 가스 클러스터에 전위차를 형성함으로써, 상기 이온화된 가스 클러스터를 가속화시켜 외부로 이온 빔을 방출하는 이온 가속부; 및 상기 클러스터 노즐부에 의해 분사되는 상기 가스 클러스터를 선별하여, 상기 이온화부로 전달하기 위한 스키머부를 포함하고, 상기 클러스터 노즐부의 직경, 상기 스키머부의 직경 또는 상기 클러스터 노즐부와 상기 스키머부 사이의 거리는 조절될 수 있다.A chamber unit accommodating a gas according to an embodiment; a cluster nozzle unit for injecting the gas introduced from the chamber unit in a cluster form; an ionization unit for ionizing the gas cluster injected by the cluster nozzle unit; an ion accelerating unit accelerating the ionized gas cluster by forming a potential difference between the gas clusters ionized in the ionization unit and emitting an ion beam to the outside; and a skimmer unit configured to select the gas cluster injected by the cluster nozzle unit and transfer the gas cluster to the ionization unit, wherein a diameter of the cluster nozzle unit, a diameter of the skimmer unit, or a distance between the cluster nozzle unit and the skimmer unit are adjusted. It can be.

상기 클러스터 노즐의 일 단부의 직경은, 50μm 이하 일 수 있다.A diameter of one end of the cluster nozzle may be 50 μm or less.

상기 클러스터 노즐부의 일 단부의 직경은, 20μm 이하 일 수 있다.A diameter of one end of the cluster nozzle unit may be 20 μm or less.

상기 스키머부의 직경은, 300μm 이하 일 수 있다.The diameter of the skimmer part may be 300 μm or less.

상기 클러스터 노즐부와 상기 스키머부 사이의 거리는, 18mm 내지 22mm 일 수 있다.A distance between the cluster nozzle unit and the skimmer unit may be 18 mm to 22 mm.

상기 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치는 상기 클러스터 노즐부 및 상기 스키머부 사이의 거리를 마이크로미터 단위로 조절하는 조절부; 및 상기 클러스터 노즐부 및 상기 스키머부 사이의 거리가 20mm 일 때 외부로 신호를 발생시키는 신호부를 더 포함할 수 있다.The gas cluster ion beam generating device may include an adjusting unit adjusting a distance between the cluster nozzle unit and the skimmer unit in micrometer units; and a signal unit generating a signal to the outside when the distance between the cluster nozzle unit and the skimmer unit is 20 mm.

상기 클러스터 노즐부는, 상기 클러스터 노즐부의 일 단부에 형성된 분사 구멍으로부터 가스의 분사 방향을 따라서 타 단부로 갈수록 반경이 점진적으로 증가하는 원추 형상으로 형성될 수 있다.The cluster nozzle unit may be formed in a conical shape with a radius gradually increasing from a spray hole formed at one end of the cluster nozzle unit to the other end along a gas spraying direction.

상기 클러스터 노즐부와 상기 스키머부 사이의 거리는, 상기 클러스터 노즐부의 단부 및 상기 스키머부의 단부 사이의 가장 짧은 직선 거리를 의미할 수 있다.The distance between the cluster nozzle unit and the skimmer unit may refer to a shortest straight line distance between an end of the cluster nozzle unit and an end of the skimmer unit.

상기 챔버부는, 일측으로부터 상기 클러스터 노즐부를 향하여 갈수록 단면적이 줄어들 수 있다.A cross-sectional area of the chamber unit may decrease from one side toward the cluster nozzle unit.

도 1은 일 실시 예에 따른 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치의 개념도를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치의 클러스터 노즐 및 스키머에 대한 크기 및 상대적 위치를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 클러스터 노즐의 위치에 따른 이온 빔 전류의 세기를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 클러스터 노즐의 직경 별 압력에 따른 진공 압력의 세기를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 클러스터 노즐 및 스키머 사이의 간격에 따른 이온 빔 전류의 세기를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a conceptual diagram of a gas cluster ion beam generating apparatus according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating sizes and relative positions of a cluster nozzle and a skimmer of a gas cluster ion beam generating apparatus according to an exemplary embodiment.
3 is a diagram illustrating an intensity of an ion beam current according to a location of a cluster nozzle according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram showing the intensity of vacuum pressure according to the pressure for each diameter of a cluster nozzle according to an embodiment.
5 is a diagram illustrating an intensity of an ion beam current according to an interval between a cluster nozzle and a skimmer according to an exemplary embodiment.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function hinders understanding of the embodiment, the detailed description will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element may be directly connected or connected to the other element, but there may be another element between the elements. It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions will be omitted to the extent of overlap.

도 1은 일 실시 예에 따른 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치의 개념도를 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치의 클러스터 노즐부 및 스키머부에 대한 크기 및 상대적 위치를 나타내는 도면이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 클러스터 노즐부의 위치에 따른 이온 빔 전류의 세기를 나타낸 도면이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 클러스터 노즐부의 직경 별 압력에 따른 진공 압력의 세기를 나타낸 도면이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 클러스터 노즐부 및 스키머부 사이의 간격에 따른 이온 빔 전류의 세기를 나타낸 도면이다.1 is a conceptual diagram of an apparatus for generating a gas cluster ion beam according to an exemplary embodiment, and FIG. 2 illustrates sizes and relative positions of a cluster nozzle unit and a skimmer unit of the apparatus for generating a gas cluster ion beam according to an exemplary embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the intensity of ion beam current according to the position of the cluster nozzle unit according to an embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing the intensity of vacuum pressure according to the pressure for each diameter of the cluster nozzle unit according to an embodiment. 5 is a diagram showing the intensity of the ion beam current according to the distance between the cluster nozzle unit and the skimmer unit according to an exemplary embodiment.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는, 가스를 통해 형성된 클러스터를 이온원으로 사용하여 가스 클러스터 이온 빔(GCIB, Gas Cluster Ion Beam)을 생성할 수 있다. 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는, 고압의 기체를 진공 조건에서 초음속으로 확장 및 팽창시켜 클러스터를 생성하고, 클러스터 노즐부(14)의 직경과 진공 컨덕턴스 유지를 위한 스키머부(15)의 직경과, 클러스터 노즐부(14) 및 스키머부(15)의 상호간 최적거리를 최적화하여 적용될 수 있다. Referring to FIGS. 1 to 5 , a gas cluster ion beam generating apparatus 1 according to an embodiment generates a gas cluster ion beam (GCIB) by using a cluster formed through gas as an ion source. can do. The gas cluster ion beam generating device 1 expands and expands high-pressure gas at supersonic speed in a vacuum condition to generate a cluster, and the diameter of the cluster nozzle unit 14 and the diameter of the skimmer unit 15 for maintaining the vacuum conductance And, the optimum distance between the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 may be optimized and applied.

최적화된 물리적 수치에 따르면, 이온 빔의 안정적 운전이 가능하고, 가스 클러스터(C)의 통과 수율이 향상되고, 가스 클러스터(C)의 생성 효율성이 향상될 수 있다. 이하 본 발명 혼합 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치(1)는, 챔버부(11), 고압 용기부(12), 클러스터 노즐부(14), 고압 밸브부(13), 스키머부(15), 이온화부(17), 이온 가속부(18), 조절부(미도시) 및 신호부(미도시)를 포함할 수 있다.According to the optimized physical values, the ion beam can be stably operated, the passing yield of the gas cluster C can be improved, and the generation efficiency of the gas cluster C can be improved. Hereinafter, the mixed gas cluster ion beam generating device 1 of the present invention includes a chamber part 11, a high-pressure container part 12, a cluster nozzle part 14, a high-pressure valve part 13, a skimmer part 15, and an ionization part. (17), an ion accelerator 18, an adjustment unit (not shown) and a signal unit (not shown).

챔버부(11)는 가스 클러스터(C)를 형성하기 위한 가스를 수용할 수 있다. 예를 들어, 챔버부(11) 내에 수용된 가스는 클러스터 노즐부(14)를 통해 분사될 수 있다. 챔버부(11)는, 일측으로부터 클러스터 노즐부(14)를 향하여 갈수록 단면적이 줄어들 수 있다. 이와 같은 챔버부(11) 형상에 의하면 클러스터 노즐부(14)를 향해 가는 이온 흐름이 방해받지 않을 수 있다.The chamber unit 11 may contain gas for forming the gas cluster C. For example, gas accommodated in the chamber unit 11 may be injected through the cluster nozzle unit 14 . A cross-sectional area of the chamber unit 11 may decrease from one side toward the cluster nozzle unit 14 . According to the shape of the chamber unit 11 as described above, the flow of ions toward the cluster nozzle unit 14 may not be hindered.

클러스터 노즐부(14)는 챔버부(11) 및 고압 용기부(12)로부터 전달받은 가스를 가스 클러스터(C) 형태로 분사할 수 있다. 예를 들어, 클러스터 노즐부(14)는 챔버부(11) 및 고압 용기부(12)로부터 전달받은 혼합된 가스를 고속으로 팽창시켜 다수의 분자 군집으로 이루어진 가스 클러스터(C)를 생성할 수 있다. The cluster nozzle unit 14 may inject the gas delivered from the chamber unit 11 and the high-pressure container unit 12 in the form of a gas cluster (C). For example, the cluster nozzle unit 14 expands the mixed gas delivered from the chamber unit 11 and the high-pressure vessel unit 12 at a high speed to generate a gas cluster C composed of a plurality of molecular clusters. .

클러스터 노즐부(14)는 지면과 평행한 임의의 면 상에서 전후 좌우로 이동할 수 있다. 클러스터 노즐부(14)로부터 분사되는 가스 클러스터(C)의 진행 방향을 Y-축이라고 할 때, Y-축과 동일 평면상에서 직교하는 X-축 상에서 클러스터 노즐부(14)가 이동할 수 있다. 도 3은 스키머부(15)의 중심축을 기준으로 클러스터 노즐부(14)의 X-축 상의 위치에 따른 이온 빔 세기를 나타낸 그래프이다. 이온 빔 세기가 가장 높게 측정되는 클러스터 노즐부(14)의 위치는, 스키머부(15)의 중심축과 클러스터 노즐부(14)의 중심축이 일치하는 위치(도 3의 X-축의 0)이다. 따라서, 클러스터 노즐부(14)는 스키머부(15)의 중심축과 클러스터 노즐부(14)의 중심축이 일치하도록 배열될 수 있다. The cluster nozzle unit 14 can move forward and backward on an arbitrary surface parallel to the ground. When the traveling direction of the gas cluster C injected from the cluster nozzle unit 14 is referred to as the Y-axis, the cluster nozzle unit 14 may move along the X-axis orthogonal to the Y-axis on the same plane. FIG. 3 is a graph showing the ion beam intensity according to the position of the cluster nozzle part 14 on the X-axis with respect to the central axis of the skimmer part 15 . The position of the cluster nozzle unit 14 where the ion beam intensity is measured at the highest level is the position where the central axis of the skimmer unit 15 coincides with the central axis of the cluster nozzle unit 14 (0 on the X-axis in FIG. 3). . Therefore, the cluster nozzle unit 14 may be arranged such that the central axis of the skimmer unit 15 coincides with the central axis of the cluster nozzle unit 14 .

클러스터 노즐부(14)는, 클러스터 노즐부(14)의 일 단부에 형성된 분사 구멍으로부터 가스의 분사 방향을 따라서 클러스터 노즐부(14)의 타 단부로 갈수록 반경이 점진적으로 증가하는 원추 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 클러스터 노즐부(14)의 중심 축과 클러스터 노즐부(14)의 일 측면이 이루는 각도는 14°일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 클러스터 노즐부(14)의 중심 축과 클러스터 노즐부(14)의 일 측면이 이루는 각도는 가스 클러스터(C)의 설계 방출 속도나 가스 종류에 따라서 다양하게 설정될 수 있음을 명백히 한다. The cluster nozzle unit 14 may be formed in a conical shape with a radius gradually increasing from a spray hole formed at one end of the cluster nozzle unit 14 toward the other end of the cluster nozzle unit 14 along the gas spray direction. can For example, an angle formed between a central axis of the cluster nozzle unit 14 and one side of the cluster nozzle unit 14 may be 14°. However, it is not limited thereto, and the angle formed between the central axis of the cluster nozzle unit 14 and one side of the cluster nozzle unit 14 can be set in various ways according to the design emission rate of the gas cluster C or the type of gas. make it clear

한편, 클러스터 노즐부(14)의 일 단부의 직경(D1)은 조절 가능하게 구성될 수 있다. 여기서 클러스터 노즐부(14)의 일 단부란 챔버(11)에 연결되고, 가스가 챔버(11)로부터 방출될 때 가장 먼저 통과하는 지점으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 클러스터 노즐부(14)의 일 단부의 직경(D1)은, 50μm 이하 일 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 더욱 안정적인 빔 장치의 운전을 위해서 20μm 이하로 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 클러스터 노즐부(14)의 일 단부의 직경이 커지면 이온화 챔버의 진공 압력이 높아지고, 이로 인해 이온 빔의 안정적 운전이 어려워질 수 있다. 한편, 클러스터 노즐부(14)의 일 단부의 직경(D1)이 20μm 일때는 진공 압력의 증가폭이 낮으므로 안정적으로 이온 빔 장치를 운전할 수 있다.Meanwhile, the diameter D1 of one end of the cluster nozzle unit 14 may be configured to be adjustable. Here, one end of the cluster nozzle unit 14 may be understood as a point that is connected to the chamber 11 and passes first when gas is discharged from the chamber 11 . For example, the diameter D1 of one end of the cluster nozzle unit 14 may be 50 μm or less, and as shown in FIG. 4, may be configured to be 20 μm or less for more stable operation of the beam device. Referring to FIG. 4 , when the diameter of one end of the cluster nozzle unit 14 increases, the vacuum pressure of the ionization chamber increases, and as a result, stable operation of the ion beam may be difficult. Meanwhile, when the diameter D1 of one end of the cluster nozzle unit 14 is 20 μm, the ion beam device can be stably operated because the increase in vacuum pressure is low.

고압 밸브부(13)는, 고압 용기부(12)로부터 클러스터 노즐부(14)로 가스가 유입되는 유로에 설치되어 클러스터 노즐부(14)로 공급되는 가스의 유압을 조절할 수 있다. 예를 들어, 고압 밸브부(13)의 조절에 따라서 클러스터 노즐(14)로 유입되는 가스의 유압이 조절될 수 있고, 결과적으로 가스 클러스터의 크기가 제어될 수 있다.The high-pressure valve unit 13 is installed in a passage through which gas flows from the high-pressure container unit 12 to the cluster nozzle unit 14 and can adjust the hydraulic pressure of the gas supplied to the cluster nozzle unit 14 . For example, the hydraulic pressure of the gas flowing into the cluster nozzle 14 may be adjusted according to the adjustment of the high-pressure valve unit 13, and as a result, the size of the gas cluster may be controlled.

스키머부(15)는 클러스터 노즐부(14)로부터 분사되는 가스 클러스터(C) 중 이온화 소스로 사용하기 위한 가스 클러스터(C)를 선별할 수 있다. 클러스터 노즐부(14)에 의해 분사되는 가스 클러스터(C)를 선별하여, 이온화부(17)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 스키머부(15)는 클러스터 노즐부(14)와 이온화부(17) 사이에 위치하여 클러스터 노즐부(14)로부터 분사되는 가스 클러스터(C) 중 이온화부(17)를 향해 이동하지 않는 가스 클러스터(C)를 걸러내는 역할을 수행할 수 있다. The skimmer unit 15 may select a gas cluster C to be used as an ionization source from among the gas clusters C injected from the cluster nozzle unit 14 . The gas cluster C sprayed by the cluster nozzle unit 14 may be selected and transferred to the ionization unit 17 . For example, the skimmer unit 15 is located between the cluster nozzle unit 14 and the ionization unit 17 and does not move toward the ionization unit 17 among the gas clusters C injected from the cluster nozzle unit 14. It can play a role of filtering out the gas cluster (C) that does not exist.

스키머부(15)는 스키머부(15)의 분사 구멍으로부터 가스의 분사 방향을 따라서 반경이 점진적으로 감소하는 원추 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 스키머부(15)의 일 단부의 직경(D2)은 조절 가능할 수 있다. 여기서, 스키머부(15)의 일 단부는 가스 클러스터(C)가 가장 먼저 진입하는 스키머부의 단부를 의미할 수 있다. 예를 들어, 스키머부(15)의 일 단부의 직경(D2)은, 300μm 이하 일 수 있다. 한편, 스키머부(15)의 타 단부의 직경은 일 단부의 직경(D2)에 따라서 조절될 수도 있고, 일 단부의 직경(D2)과 관계없이 고정될 수도 있다. The skimmer unit 15 may be formed in a conical shape with a radius gradually decreasing along a spraying direction of gas from a spray hole of the skimmer unit 15 . Meanwhile, the diameter D2 of one end of the skimmer unit 15 may be adjustable. Here, one end of the skimmer unit 15 may mean an end of the skimmer unit into which the gas cluster C first enters. For example, the diameter D2 of one end of the skimmer unit 15 may be 300 μm or less. Meanwhile, the diameter of the other end of the skimmer part 15 may be adjusted according to the diameter D2 of one end, or may be fixed regardless of the diameter D2 of one end.

한편, 클러스터 노즐부(14)과 스키머부(15) 사이의 거리(L1)는 조절 가능하도록 구성될 수 있다. 클러스터 노즐부(14)와 스키머부(15) 사이의 거리(L1)는, 클러스터 노즐(14)부 및 스키머부(15) 사이의 가장 짧은 직선 거리를 의미할 수 있다. 예를 들어, 클러스터 노즐부(14)와 스키머부(15) 사이의 거리(L1)는, 클러스터 노즐부(14)의 타 단부로부터 스키머부(15)의 일 단부까지의 거리를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 클러스터 노즐(14)과 스키머부(15) 사이의 거리(L1)가, 18mm 내지 22mm 일 때, 높은 이온 빔 세기를 확인할 수 있으므로 클러스터 노즐부(14)와 스키머부(15) 사이의 거리(L1)는 18mm 내지 22mm 로 구성될 수 있다.Meanwhile, the distance L1 between the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 may be configured to be adjustable. The distance L1 between the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 may mean the shortest straight line distance between the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 . For example, the distance L1 between the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 is understood to mean the distance from the other end of the cluster nozzle unit 14 to one end of the skimmer unit 15. It can be. For example, as shown in FIG. 5 , when the distance L1 between the cluster nozzle 14 and the skimmer unit 15 is 18 mm to 22 mm, high ion beam intensity can be confirmed, so that the cluster nozzle unit 14 ) and the distance L1 between the skimmer unit 15 may be configured to be 18 mm to 22 mm.

이온화부(17)는 클러스터 노즐부(14)에 의해 분사되는 가스 클러스터를 이온화할 수 있다. 예를 들어, 이온화부(17)는 복수 개의 전극을 포함하여 복수 개의 전극 간의 전위차를 형성함으로써 가스 클러스터(C)를 생성할 수 있다.The ionization unit 17 may ionize a gas cluster injected by the cluster nozzle unit 14 . For example, the ionizer 17 may generate a gas cluster C by forming a potential difference between a plurality of electrodes including a plurality of electrodes.

이온 가속부(18)는 이온화부(17)에서 이온화된 가스 클러스터에 전위차를 형성함으로써, 이온화된 가스 클러스터를 가속화시켜 외부로 이온 빔을 방출할 수 있다. 이온 가속부(18)는 복수 개의 전극을 포함할 수 있고, 복수 개의 전극 간의 전위차에 의하여 가스 클러스터(C)를 가속시킬 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 전극에 인가하는 전압을 통하여 가스 클러스터 이온 빔의 속도, 에너지 등이 조절될 수 있다.The ion accelerator 18 may accelerate the ionized gas cluster by forming a potential difference between the gas clusters ionized in the ionizer 17 and emit an ion beam to the outside. The ion accelerator 18 may include a plurality of electrodes, and may accelerate the gas cluster C by a potential difference between the plurality of electrodes. For example, the speed and energy of the gas cluster ion beam may be adjusted through a voltage applied to a plurality of electrodes.

조절부는, 클러스터 노즐부(14) 및 스키머부(15) 사이의 거리(L1)를 마이크로미터 단위로 조절할 수 있다. 예를 들어, 조절부는 클러스터 노즐부(14) 또는 스키머부(15) 중 하나의 하단에 구비된 롤러와 롤러가 슬라이딩할 수 있는 레일을 포함할 수 있다. 롤러는 마이크로미터 단위로 클러스터 노즐부(14) 또는 스키머부(15)를 전진 후진시킬 수 있는 컨트롤러에 의하여 제어될 수 있다. 조절부는 전자식으로 구비될 수 있고, 컨트롤러를 직접 돌려서 컨트롤러의 회전 운동에 의하여 클러스터 노즐부(14) 또는 스키머부(15)가 전후방으로 직선운동하도록 구비될 수도 있다.The controller may adjust the distance L1 between the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 in units of micrometers. For example, the control unit may include a roller provided at a lower end of one of the cluster nozzle unit 14 or the skimmer unit 15 and a rail on which the roller can slide. The rollers may be controlled by a controller capable of moving the cluster nozzle unit 14 or the skimmer unit 15 forward and backward in micrometer units. The control unit may be provided electronically, or may be provided so that the cluster nozzle unit 14 or the skimmer unit 15 linearly moves forward and backward by the rotational movement of the controller by directly turning the controller.

신호부는 클러스터 노즐부(14) 및 스키머부(15) 사이의 거리가 20mm 일 때 외부로 신호를 발생시킬 수 있다. 따라서, 운전자는 조절부를 통하여 클러스터 노즐부(14) 및 스키머부(15) 사이의 거리를 조절할 수 있고, 신호부를 통하여 최적 거리 상에 클러스터 노즐부(14) 및 스키머부(15)가 배열되어 있음으로 육안으로 확인할 수 있다. The signal unit can generate a signal to the outside when the distance between the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 is 20 mm. Therefore, the operator can adjust the distance between the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 through the control unit, and the cluster nozzle unit 14 and the skimmer unit 15 are arranged on the optimal distance through the signal unit can be confirmed visually.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the described method, and/or components of the described structure, device, etc. may be combined or combined in a different form from the described method, or other components or equivalents may be used. Appropriate results can be achieved even if substituted or substituted by

1: 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치
11: 챔버부
12: 고압 용기부
13: 고압 밸브부
14: 클러스터 노즐부
15: 스키머부
17: 이온화부
18: 이온 가속부1: gas cluster ion beam generator
11: chamber part
12: high pressure container
13: high pressure valve part
14: cluster nozzle unit
15: skimmer part
17: ionization unit
18: ion accelerator

Claims (9)

가스를 수용하는 챔버부;
상기 챔버부로부터 유입받은 가스를 클러스터 형태로 분사하기 위한 클러스터 노즐부;
상기 클러스터 노즐부에 의해 분사되는 가스 클러스터를 이온화하기 위한 이온화부;
상기 이온화부에서 이온화된 가스 클러스터에 전위차를 형성함으로써, 상기 이온화된 가스 클러스터를 가속화시켜 외부로 이온 빔을 방출하는 이온 가속부; 및
상기 클러스터 노즐부에 의해 분사되는 상기 가스 클러스터를 선별하여, 상기 이온화부로 전달하기 위한 스키머부를 포함하고,
상기 클러스터 노즐부의 직경, 상기 스키머부의 직경 또는 상기 클러스터 노즐부와 상기 스키머부 사이의 거리는 조절될 수 있는,
가스 클러스터 이온 빔 생성 장치.
a chamber unit for accommodating gas;
a cluster nozzle unit for injecting the gas introduced from the chamber unit in a cluster form;
an ionization unit for ionizing the gas cluster injected by the cluster nozzle unit;
an ion accelerating unit accelerating the ionized gas cluster by forming a potential difference between the gas clusters ionized in the ionization unit and emitting an ion beam to the outside; and
A skimmer unit for selecting the gas cluster injected by the cluster nozzle unit and transferring it to the ionization unit;
The diameter of the cluster nozzle part, the diameter of the skimmer part, or the distance between the cluster nozzle part and the skimmer part can be adjusted,
Gas cluster ion beam generator.
 제 1 항에 있어서,
상기 클러스터 노즐부의 일 단부의 직경은,
50μm 이하 인 것을 특징으로 하는 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치.
According to claim 1,
The diameter of one end of the cluster nozzle part is,
Gas cluster ion beam generating device, characterized in that 50μm or less.
 제 2 항에 있어서,
상기 클러스터 노즐부의 일 단부의 직경은,
20μm 이하 인 것을 특징으로 하는 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치.
According to claim 2,
The diameter of one end of the cluster nozzle part is,
Gas cluster ion beam generating device, characterized in that 20μm or less.
 제 3 항에 있어서,
상기 스키머부의 일 단부의 직경은,
300μm 이하인 것을 특징으로 하는 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치.
According to claim 3,
The diameter of one end of the skimmer part is
A gas cluster ion beam generating device, characterized in that 300μm or less.
 제 4 항에 있어서,
상기 클러스터 노즐부와 상기 스키머부 사이의 거리는,
18mm 내지 22mm 인 것을 특징으로 하는 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치.
According to claim 4,
The distance between the cluster nozzle part and the skimmer part,
Gas cluster ion beam generating device, characterized in that 18mm to 22mm.
 제 5 항에 있어서,
상기 클러스터 노즐부와 상기 스키머부 사이의 거리를 마이크로미터 단위로 조절하는 조절부; 및
상기 클러스터 노즐부 및 상기 스키머부 사이의 거리가 20mm 일 때 외부로 신호를 발생시키는 신호부를 더 포함하는,
가스 클러스터 이온 빔 생성 장치.
According to claim 5,
an adjusting unit that adjusts a distance between the cluster nozzle unit and the skimmer unit in units of micrometers; and
Further comprising a signal unit for generating a signal to the outside when the distance between the cluster nozzle unit and the skimmer unit is 20 mm,
Gas cluster ion beam generator.
 제 6 항에 있어서,
상기 클러스터 노즐부는,
상기 클러스터 노즐부의 일 단부에 형성된 분사 구멍으로부터 가스의 분사 방향을 따라서 타 단부로 갈수록 반경이 점진적으로 증가하는 원추 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치.
According to claim 6,
The cluster nozzle part,
The gas cluster ion beam generating apparatus of claim 1 , wherein a spray hole formed at one end of the cluster nozzle unit is formed in a conical shape with a radius gradually increasing toward the other end in a gas spraying direction.
 제 7 항에 있어서,
상기 클러스터 노즐부와 상기 스키머부 사이의 거리는,
상기 클러스터 노즐부의 단부 및 상기 스키머부의 단부 사이의 가장 짧은 직선 거리를 의미하는 것을 특징으로 하는 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치.
According to claim 7,
The distance between the cluster nozzle part and the skimmer part,
The gas cluster ion beam generating device of claim 1 , wherein the shortest straight line distance between an end of the cluster nozzle part and an end of the skimmer part is defined.
 제 8 항에 있어서,
상기 챔버부는,
일측으로부터 상기 클러스터 노즐부를 향하여 갈수록 단면적이 줄어드는 것을 특징으로 하는 가스 클러스터 이온 빔 생성 장치. According to claim 8,
The chamber part,
Gas cluster ion beam generating apparatus, characterized in that the cross-sectional area decreases from one side toward the cluster nozzle part.
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