[정밀측정 부문] 전자 장치의 순간 열반응 분석을 위한 고분해능 열반사 현미경 기법
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2021
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현장에서 서브마이크로미터의 공간 분해능으로 시료의 열분포 상태를 관찰할 수 있는 방법은 아직 상당히 제한적이다. 이를 가능하게 할 수 있는 기술로써 주목되고 있는 열반사 현미경법(Thermoreflectance Microscopy)은 측정 시료의 온도에 따라서 시료의 광학적 반사율이 변한다는 물리적인 현상에 근거하여, 광학적인 반사율의 변화량을 측정함으로써 대상 시료의 온도를 산출해 내는 기술로, 적외선 영상과 같은 전통적인 발열 영상 이미징 기법으로는 얻을 수 없었던 미세 영역에 대한 고해상도 열영상 이미징을 가능하게 하는 광학적 측정 기법이다. 기본적으로 광학 현미경법에 근간을 두고 있기 때문에, 열반사 현미경 기법을 레이저 스캐닝 방식으로 구현한 공초점 열반사 현미경법(Confocal Thermoreflectance Microscopy)으로 적용할 수 있으며, 이 경우 우수한 해상도의 열영상 이미지를 얻을 수 있고, ‘광학적 절편(Optical Sectioning)’으로 표현되는 공초점 현미경의 고유한 특성을 활용하여, 제한적이기는 하지만 표면을 투과하거나 또는 고온 환경에서의 외부 발열 이미지를 차단하는 등, 다른 광학 측정기나 현미경이 제공하지 못하던 영상을 제공하기도 한다. 또한 펄스 조명을 이용한 순간 분석(Transient Analysis) 이미징 기법을 적용하여 시간에 따라 변화하는 전자 소자의 열적 반응을 마이크로초 이하의 시간 분해능으로 관찰할 수 있다. 현재 열분석에 대표적으로 사용되고 있는 적외선 영상법과 달리, 관찰시 시료에 바이어스(Bias)를 가해주어야 하고, 시료의 광학적 반사율 변화 특성이 약한 경우 적용이 제한될 수 있다는 한계점이 아직 존재하지만, 현미경과 동일한 분해능으로 열적 상태를 관찰할 수 있다는 차별성은 미세 전자 회로의 열분석을 위한 새로운 도구가 될 수 있을 것이다. 이러한 열반사 현미경의 기술적인 원리를 소개하고, 현재의 기술 구현 상황 및 앞으로의 기술 전망에 대해서 살펴본다.
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