재료 분석(SEM·TEM·XRD·XPS)
브래그 법칙, 입방정의 소멸 규칙과 격자 상수, 셰러 식, SEM의 2차 전자와 후방 산란 전자, EDS와 WDS, TEM, XPS, SIMS, DSC·TGA를 3지선다 문제로 확인할 수 있습니다.
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재료 분석(SEM·TEM·XRD·XPS) 핵심 정리
XRD에서는 브래그 법칙 2d sinθ = nλ로부터 면간 거리를 구하며, 입방정에서는 소멸 규칙(BCC는 h + k + l이 짝수, FCC는 h, k, l이 모두 짝수이거나 모두 홀수)을 이용해 피크의 지수를 매기고 격자 상수를 결정합니다. 피크의 폭으로부터는 셰러 식으로 결정자 크기를 추정할 수 있습니다.
전자 현미경에서는 SEM의 2차 전자상으로 표면 형상을, 후방 산란 전자상으로 조성의 차이를 관찰하고, EDS나 WDS로 원소를 분석합니다. TEM은 얇은 시편으로 내부의 결정 구조나 결함을 관찰합니다. 표면의 화학 상태는 XPS, 미량 원소의 깊이 분포는 SIMS, 열적 변화는 DSC와 TGA로 조사합니다. 기법마다 검출 깊이와 감도가 다르다는 점을 이해하는 것이 고장 분석에서 기법을 구분해 쓰는 열쇠입니다.
재료 분석(SEM·TEM·XRD·XPS) 문제 목록(12문제)
- Cu Kα선(파장 0.15406 nm)을 사용한 XRD에서, 면간 거리 0.3135 nm인 Si(111)면으로부터의 1차 회절 피크가 나타나는 회절각 2θ에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- FCC 구조 금속의 분말 XRD에서 가장 저각 쪽에 나타나는 회절 피크의 지수는 무엇인가?
- Cu Kα선(파장 0.15406 nm)을 사용한 구리(FCC)의 분말 XRD에서 가장 저각 쪽의 피크가 2θ = 43.30°에 나타났다. 구리의 격자 상수에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- XRD에서 2θ = 38.2°에 나타난 피크의 반치폭(장치에 의한 퍼짐을 제외한 것)이 0.40°였다. 셰러 식 D = Kλ/(β cosθ)에서 K = 0.9, λ = 0.15406 nm라고 하면 결정자 크기에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- SEM의 2차 전자상과 후방 산란 전자상의 특징으로 옳은 것은 무엇인가?
- SEM이나 EPMA에서 특성 X선을 분석하는 EDS(에너지 분산형)와 WDS(파장 분산형)의 비교로 옳은 것은 무엇인가?
- TEM(투과 전자 현미경)으로 관찰할 때 시료를 두께 100 nm 정도 이하로 얇게 해야 하는 주된 이유는 무엇인가?
- XPS(X선 광전자 분광법)의 검출 깊이와 그것으로 얻을 수 있는 정보로 옳은 것은 무엇인가?
- Al Kα선(에너지 1486.6 eV)을 사용한 XPS에서 Si 2p 광전자의 운동 에너지가 1378.8 eV로 측정되었다. 장치의 일함수를 4.5 eV라고 하면 결합 에너지에 가장 가까운 것은 무엇인가?
- 반도체의 고장 분석에서 도펀트의 깊이 방향 농도 분포를 ppm~ppb 수준의 감도로 조사하는 데 가장 적합한 기법은 무엇인가?
- 고분자 시료를 가열하면서 측정할 때, 유리 전이 온도 Tg를 검출하는 데 적합한 기법과 그 나타나는 방식으로 옳은 것은 무엇인가?
- 옥살산칼슘 일수화물(CaC₂O₄·H₂O, 몰질량 146.1 g/mol)을 TGA로 가열하면 먼저 결정수가 이탈한다. 이 제1단계에서의 질량 감소율에 가장 가까운 것은 무엇인가? H₂O의 몰질량을 18.0 g/mol로 한다.