신소재공학실험 | Micro-Raman

 

 

 

TIP

 

 

라만 분광기는 라만 효과를 이용하여 소재의 특성 및 구조를 식별하고 파악하는 장치이다. 라만 분광기의 장잠은 빛을 이용해 물질의 정성, 정량적 분석이 가능하기 때문에 비파괴적으로 물질의 특성을 알 수 있다는 것이다. 또한 상의 종류, 열처리에 따른 구조 변화 등도 알 수 있다. 본 실험에서는 비정질 Si, nano crystalline Si, crystalline Si의 3 phase가 함께 있는 물질의 양을 측정하기 위해 라만 분광기를 이용한 실험을 진행하였다.

 

 

 

Micro-Raman의 활용

Raman 측정방법은 다양한 시료를 다양한 환경에서 측정할 수 있기 때문에 매우 넓은 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 제약, 탄소와 다이아몬드, 재료과학, 지질학, 범죄 과학, 나노기술, 반도체, 생명과학 등에서 사용된다.

 

 

Fig.4는 Raman 분광기를 이용한 탄소나노튜브에 대한 실험 결과이다. Raman분광기를 이용하여 TEM이나 AFM으로도 관찰할 수 없었던 나노 구조를 측정할 수 있게 되었다. 또한 Raman 분광기를 이용하여 DLC(Diamond Like Carbon), 다이아몬드, Graphite, 탄소 박막 등의 품질 분석 또한 가능하다.

 

 

Si의 경우에는 반도체 등 많은 재료과학 분야에서 이용되는 재료 중 하나이다. 실리콘의 경우 결정 실리콘, 폴리 실리콘, amorphous 실리콘의 평가에 Raman 분광기를 이용해 결정성을 해석한다. Fig.5의 스펙트럼은 실리콘의 결정성의 차이에 의한 Raman 스펙트럼의 차이를 나타내고 있다. 원소 분석에서는 모든 Si는 단일 원소로 구별이 되지 않는다.

 

그 외의 실리콘에서 Raman 분석법 응용 예로는 GaAs과 같이 실리콘에서도 결정 방위의 해석을 할 수 있다. 특히 소량의 박막 결정 방위의 측정에는 자주 Raman 측정이 이용된다. 또한 집적회 로에서 소량의 물질의 응력은 불량 발생에 관련되 는 문제 중 하나인데 이것을 발견하는 데에도 Raman 분광법이 많이 사용되고 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 스위치를 on한 뒤, 30분 뒤 측정한다.

 

2) 514 파장의 녹색 laser를 사용한다. (filter가 514 파장의 laser만 걸러준다.)

 

3) select bar를 오른쪽으로 옮긴 뒤, 램프를 키고 이미지를 본다. 이미지를 볼 때에는 이미지에 초 점을 맞춘다. z축과 y축을 이용하여 pattern이 있는 부분을 맞추어 준다.

 

 

4) 램프를 끄고 select bar를 왼쪽으로 옮긴 뒤 signal을 측정한다. camber를 열게 되면 형광이 들어가 측정에 방해가 되기 때문에 chamber는 라만 분광기 닫고 측정을 한다.

 

5) 먼저 단결정 실리콘 웨이퍼로 측정한다. Si 단결정은 고배율로 측정을 하여도 시편에 손상이 없기 때문에 signal을 크게하기 위해 100배율을 사용하였다. Si 단결정의 peak가 520이되 되도록 맞춰주어 라만 shift의 정확도를 측정한다.

 

6) 비정질 실리콘 웨이퍼는 저배율로 power을 낮추어 0.5초씩 60번을 찍어 peak를 측정하 였다.

 

7) 결과를 저장한다.

 

 

 

[신소재공학실험]Micro-Raman 레포트