Collinear deflection method를 이용한 열전도계수 측정에 관한 이론적 연구

Abstract

최근에 개발되는 많은 신소재들 중 박막재료는 반도체나 전자 부품관련 산업에서 중요한 부분을 맡고 있으며, 박막재료에 대한 연구 및 개발이 진행됨에 따라 박막재료에 대한 열물성 측정기술도 그 필요성이 증가하고 있다. 그러나 박막재료의 열물성 측정 시 투명재료로 인한 몇 가지 문제점을 갖게 된다. 그 이유는 대부분의 박막재료는 투명재료여서 박막 표면상의 공기영역에서 충분한 온도구배를 얻을 수 없기 때문이다. 이는 검사빔의 편향을 감퇴시켜 열물성 측정 정밀도를 낮춘다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 collinear deflection method을 이용한 투명한 박막재료의 열물성 측정기법을 개발 및 적용하였다. Collinear deflection method는 광열편향법 중 한 방법으로서, 가열빔(pump beam)과 검사빔(probe beam)을 시편 표면에 수직으로 주사하게 된다. 그리고 검사빔은 시편 내부의 온도구배로 인한 굴절지수 변화에 의해 편향을 일으킨다. Collinear deflection method의 경우 검사빔이 가열빔과 평행하게 진행하고 시편을 직접 통과하기 때문에 온도변화에 따른 편향이 더욱 두드러지게 할 수 있고, 결과적으로 열물성 측정 정밀도를 크게 높일 수 있는 장점을 갖고 있다. 본 연구에서는 collinear deflection method를 이용하여 박막재료에 대한 열전도계수 측정에 대한 연구를 진행하는 것을 목표로 하였다. 이를 위하여 collinear deflection method를 실제 실험에 적용할 수 있도록 하는 이론적 기반을 구축하였다. 그리고 이를 토대로 변조주파수, 재료의 열전도계수, 재료의 두께와 같은 각각의 실험조건이 실험결과에 미치는 영향을 시뮬레이션으로 분석하여 조사하였다.