ITO 코팅된 고종횡비 SU-8 전계방출원과 이를 이용한 X-선 발생에의 응용

Abstract

전계방출은 강한 전기장에 의해 음극부에서 전자가 방출되는 양자터널현상으로 전자방출원으로써 주목받고 있다. 특히 방출된 전자를 높은 전압으로 가속하여 금속 타겟에 충돌시키면 X-선을 발생시킬 수 있는데, 이를 이용하여 X-선 발생장치를 제작할 수 있다. 본 연구는 UV 리소그래피를 이용하여 새로운 타입의 전계방출원을 제작하고 이를 이용하여 X-선을 발생시키는데 응용하였다. 논문은 크게 전계방출원 제작공정, 전계방출실험, X-선 발생실험으로 구성되어 있다. 제안된 전계방출원은 크롬 마스크 패터닝 후 웨이퍼의 후면에서 UV를 조사하는 공정 기법을 이용하여 고종횡비 SU-8 구조물을 만들고 이후 ITO를 코팅하는 방법으로 제작되었다. 이러한 공정방법으로 일반적으로 UV 리소그래피로는 달성하기 어려운 종횡비 6 이상의 기판과 수직한 구조물을 손쉽게 제작하였다. 전계방출실험을 통해 제작된 전계방출원에서 안정적으로 전자가 방출되는 것을 확인하였다. 실험결과 10 μA 전류가 발생하는데 필요한 전기장의 세기는 2.2 V/μm, 전계집중계수는 2442로 제작된 전계방출원의 크기에 비해 비교적 높은 성능을 보여주었다. X-선 발생실험을 통해 발생되는 X-선량을 시간에 대한 그래프로 측정하였고 비교적 안정적으로 X-선이 발생되는 것을 보여준다. 또한 44 kV의 고전압에서 발생하는 전기 방전에도 제작된 전계방출원은 물리적으로 큰 손상이 없었고 이러한 특성은 전계방출원을 구성하는 SU-8의 높은 기계적 강도와 기판과의 높은 부착력 때문이라 생각된다. UV 리소그래피를 이용하여 제작된 전계방출원은 공정과정에서 UV 선량과 리소그래피 마스크를 변경하는 것만으로 전계방출원의 높이나 지름 그리고 전계방출원 사이의 간격을 쉽게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 리소그래피 기술로 제작된 전계방출원은 대량 생산 및 높은 재현성을 가질 수 있으며 X-선 발생장치로써 상용화하는데 기여할 수 있을 것이라 기대한다.