는 입사되는 이온의 이온화 에너지와 관계가 있음을 알 수 있다. 또한 퍼텐셜 방출이 일어나기 위한 상호작용은 MgO의 표면에서만 일어난다.
2. MgO 보호막 성막 방법
AC-PDP에 사용되어지는 MgO 보호막은 전극과 유전체 위에 3000-5000Å 정도로 증착한다. 이는 후막 처리법에 의해 제조할 수 있는 PDP의 유전층(～30um)에 비해 얇은 두께이며, 따라서 MgO 보호막은 박막 제조법으로 제작한다. 현재 AC-PDP용 MgO 보호막은 전자빔에 의한 진공증착법, 스퍼터링에 의한 방법 ion plating법 액상으로 제작하는 방법 등이 사용되고있다. 전자빔 증착법은 전기장과 자기장으로 가속되어지는 전자빔을 MgO 시료에 충돌시켜 재료를 가열 및 증발시켜 MgO 보호막을 형성시키는 방법이다. 이때 전자빔의 에너지를 재료 표면에 집중시켜 고속증착 및 고순도 증착을 가능하게 한다. 하지만, 전자빔 증착의 경우는 대형기판에 양질의 MgO를 균일하게 도포해야 하는 어려움과 비교적 고진공을 요하는 관계로 생산 공정상의 가격이 비싸다는 문제점을 가지고 있다. 스퍼터링법으로 제작하는 경우 전자빔 증착법에 비해 MgO 보호막이 치밀하며, 결정배향에 유리한 특성을 지닌다. 하지만 제작공정 가격이 비싼 문제점을 가지고 있다. 이온플레이팅에 의한 방법은 증발되는 입자를 이온화하여 성막을 시킨다는 특징이 있다. 이 방법으로 MgO를 성막하는 경우에는 막의 밀착성과 결정성에 대한 특성은 스퍼터링법과 비슷한 특성을 갖는다. 그러나 고속 증착(8nm/s)의 특성을 가지고 있는 장점이 있다.
3. MgO 보호막의 평가기술
제작된 MgO 보호막의 평가는 더 나은 MgO 보호막의 제작방법과 제작조건을 찾기 위한 매우 중요한 요소이다. 최근 γ-FIB 장치를 이용하여 신뢰성 있는 이차전자방출계수를 측정하고 있다. γ-FIB 장치는 실제 PDP에 사용되어지는 것과 유사한 저에너지 영역에서 신뢰성 있는 이차전자방출계수를 효율적으로 측정할 수 있으며, MgO와 같은 절연체의 이차전자 방출계수를 측정할 때 나타나는 전하축적(charge accumulation)
문제를 원천적으로 해결한 장치이다.
◎ γ-FIB 장치
[그림G]는 γ-FIB 장치의 개략도이다. γ-FIB 장치는 이온발생샘과 시료대가 장착되어 있는 진공용기와 오일확산펌프와 역학펌프로 구성되어 있는 진공펌프, 기체를 주입하는 MFC(Mass Flow Controller)와 기체 주입부, 그리고 전기적인 장치들을 컴퓨터로 제어하는 제어부로 되어있다. [그림G]를 보면 가장 위쪽에 열전자 방출에 쓰이는 텅스텐 필라멘트가 있다. 텅스텐 필라멘트는 세라믹홀더에 용접하여 고정시키고, 2-3A 정도의 전류를 흘려준다. 이때 발생하는 열전자들은 MFC를 통해 주입되는 기체와 충돌하여 양이온을 만들고, 양극(anode)에 가해지는 가속전압에 의해 양이온은 시료대쪽으로 가속되어 내려온다.
[그림G] γ-FIB 장치의 개략도
MFC를 통해 주입되는 기체는 실험의 특성에 맞춰 He,Ne,Ar,Xe 등과 같은 불활성 기체들의 단일기체, 혹은 이들의 혼합기체를 사용한다. 기체 주입 전 기초진공은 Torr 이하가 되도록 하였으며 기체 주입 시에는 Torr 정도의 진공도가 유지되도록 하였다. 가속되 이온들은 직격 500um의 몰리브덴 구멍(aperture) 및 3개의 전극으로 이루어진 정전 아인젤(Einzel) 렌즈에 의해 집속되어 시료의 표면에 도착하며, 이때 집속도를 최적화하기 위해 렌즈에 가해주는 전압은 가속전압의 50%정도로 가해준다. 이때 빔의 직경은 칼끝(knife-edge) 방법으로 측정한 결과 80um 정도가 된다. MgO 시료의 표면에 부딪힌 이온빔은 시료의 표면으로부터 이차전자를 발생시킨다. 이때 시료대 위쪽에 설치되어 있는 컬렉터에 -40V～+40V 정도의 전압을 순차적으로 가해준다. 먼저 컬렉터에 (-)전압이 가해지는 동안에는 전기장이 시료표면에서 컬렉터 방향으로 형성되므로, 시료표면에서 발생된 이차전자는 MgO 시료의 표면으로 되돌아가게 된다. 따라서 이때 측정되는 전류는 이온빔에 의해서만 형성된 순수한 이온전류()만 흐르게 된다 컬렉터의 전압이 (+)로 바뀌게 되면 전기장이 시료에서 컬렉터의 방향으로 형성되므로, 시료의 표면으로부터 발생하는 이차전자들은 컬렉터 쪽으로 끌려 들어가게 되고 시료의 표면에서는 이온에 의한 이온전류()와 이차전자에 의한 전자전류()가 합해진 전체전류()가 흐르게
된다. 실험적으로 측정 가능한 이온전류와 전체전류와의 차가 이차전자에 의한 전류가 되고 이차전자방출계수를 결정하는 수식에 의해, 실험적인 이차전자방출계수 γ는 다음과 같이 계산할 수 있다.[ ]
γ-FIB 장치는 MgO 보호막의 이차전자방출계수를 측정할 때 발생하는 전하축적현상을 해결하기 위해 MgO 보호막 위에 구멍뚫린 구리패드를 밀착시켜 설치한다. 시료의 위쪽에는 구리로 제작된 15mm×15mm 정도의 정사각형 모양의 구멍이 뚫려 있는 구리패드가 씌워져 있고 이 사이로 이온빔이 주사된다. 전류는 구리패드를 통하여 측정한다. 시료가 금속일 경우 시료표면에서는 이차전자가 방출되어도 시료와 구리패드가 전기적으로 연결되어 있으므로 전하축적문제는 발생하지 않는다. 한편 MgO의 표면에 이온빔이 도달하게 되면, MgO 위의 집속이온빔과 접지된 구리패드 사이에는 강력한 전기장이 형성되어, MgO 표면위의 이온은 구리패드 쪽으로 이동하게 된다. 이와 같은 방법으로 결국 MgO 보호막에 쌓이는 전하축적문제를 해결할 수 있다. 또한 γ-FIB 장치는 시료의 위쪽에 4극의 편향기를 이용하여 30V정도의 전압을 가해 이온빔을 여러 방향에서 20분 이상 편향시킴으로써(scanning) 시료의 표면에 쌓여있는 불순물들을 제거할 수 있으며, 아울러 전하축적문제를 자동적으로 해결할 수 있는 장점이 있다. 또한 전류도 시료 위쪽에 설치되어 있는 구리덮개를 사용하여 측정하므로 시료의 표면에서 일어나는 전류효과를 직접 측정할 수 있다. 시료대는 X,Y방향으로 설치된 이동 조절대(motion feed-through)를 이용하여 4개의 시료의 위치를 바꿔가며 측정 할 수 있도록 하였다.