[SEM촬영 보고서] 주사전자 현미경을 이용한 이미지 관찰 실험(전복껍데기와 손톱의 미세구조)

소개글

[SEM촬영 보고서] 주사전자 현미경을 이용한 이미지 관찰 실험(전복껍데기와 손톱의 미세구조)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 과제의 배경
2. 실험목적
3. 관련 이론 및 배경지식
4. 실험기구 및 장치
5. 실험 방법
6. 결과 예측
7. 실험결과
8. 결과분석
9. 참고문헌

본문내용

있는 면보다 밝게 나타나는 것을 관찰 할 수 있을 것이다.
4) dwell time
dwell time은 scanning 과정에서 각 pixel에 얼마나 오랜 시간 e-beam을 노출시키는지를 나타내는 값이다. 저배율일 때는 화면에서 하나의 pixel에 해당하는 시편의 면적이 넓어서 많은 signal이 나와 scanning 시간이 짧고, 고배율일 때는 하나의 pixel에 해당하는 면적이 좁아서 signal이 적게나와 scanning 시간이 길 것이다.
실험 결과
관찰하고자 했던 것은 손톱의 파단면과 표면 그리고 전복 껍데기의 파단면과 표면 이었으나 시간의 제약이 있어서 손톱의 표면은 생략하기로 하였다. 저전압 저배율, 저전압 고배율, 고전압 저배율, 고전압 고배율 4장의 사진은 아래 그림의 결과와 같다.
8. 결과분석
1) escape volume
고전압일 때가 escape volume이 큰데, 이 때문에 고전압일 경우는 더 선명한 이미지를 얻을 수 있지만 저전압일 때보다 세밀한 단위까지 나눠서 이미지를 형성하기는 쉽지 않다.
이는 <그림 9>와 <그림11> 그리고 <그림17>과 <그림 19>를 비교했을 때 이 차이를 알 수 있다.
<그림 21>과 <그림 22>는 같은 부분을 고전압과 저전압으로 측정했을 때를 비교한 사진이다. 좌측의 사진이 저전압이고 우측의 사진이 고전압이다. 이를 비교해 보았을 때 고전압의 경우가 이미지가 더 밝고 선명하게 나왔지만, 빨간색으로 표시한 부분을 보면 저전압일 경우가 더 주름지게 나왔음을 볼 수 있다. 이는 저전압 때 더 미세한 단위까지 구별할 수 있다는 것(분해능이 더 좋음)을 보여준다.
그림 10과 12 , 14와 16, 18과 20을 보면 고배율에서의 저전압과 고전압의 차이를 알 수 있는데 고전압의 경우가 이미지가 더 선명하게 나왔고, 저전압의 경우에는 이미지가 뿌옇게 나왔는데 이는 저전압에서 signal이 적게 나오기 때문에 나타난 차이임을 알 수 있다.
2) depth of focus
depth of focus는 시편의 평평한 면에서 어느 정도의 깊이까지 구현이 가능한지를 나타낸다. 고전압에서와 저전압일 때는 depth of focus가 다른데, 보통 고전압에서의 depth of focus가 더 깊다. 이 depth of focus의 차이는 다음 두 사진을 비교함으로써 알 수 있다.
다음 두 그림은 전복 표면의 같은 부분을 각각 저전압과 그리고 고전압에서 촬영한 이미지 이다. 위 그림에서 빨갛게 표시된 부분을 보면 저전압일 경우는 까맣게 되어 있는 채로 표면이 제대로 구현이 안 되어 있다. 이와는 다르게 고전압에서는 제대로 된 이미지로 구현이 되어 있다. 이는 고전압일 때의 depth of focus가 더 크기 때문에 옴폭 패인 부분을 촬영할 때 차이가 발생하는 것이다. 즉, DOF가 작은 저전압에서는 깊은 부분이 이미지화 되지 않았지만, DOF가 큰 고전압에서는 저전압에서 표현할 수 없는 깊은 부분까지 이미지화되었음을 알 수 있다.
3) topography
topography는 표면의 거친 정도를 나타낸다. 보통 표면이 울퉁불퉁 하거나 tilt angle(기울기각)이 클 경우 전자빔에 노출되는 표면적이 커져서 이미지가 밝게 나온다. 이 같은 내용은 다음 두 그림에서 볼 수 있다.
위 두 그림은 전복 껍데기의 표면을 고전압에서 촬영한 사진들이다. 좌측은 저배율이고 우측은 고배율의 사진이다. 이 사진에서 보면 빨갛게 표시한 부분이 유난히 밝음을 알 수 있는데, 이를 통해서 밝게 나타난 부분이 울퉁불퉁하다는 것을 알 수 있다.
특히 위 두 그림은 전복 껍데기의 층상구조를 구성하는 무수히 많은 판들이 쌓여있는 끝부분을 위에서 촬영한 것이다.
위 그림처럼 여러 판들이 끝나는 부분이 계단식으로 쌓여 있는 부분은 울퉁불퉁하며, 그 면이 기울어져있어 tilt angle이 크다. 따라서 평평한 면보다 빨갛게 표시한 부분이 더 밝게 나오고 있음을 알 수 있다.
또 전복 껍데기의 파단면을 찍은 사진인 그림 13, 14, 15, 16은 다른 사진들보다 전반적으로 밝게 나왔는데, 이는 판들이 부러진 단면부이기 때문에 울퉁불퉁하여 밝게 나온 것임을 알 수 있다.
4) dwell time
이미지를 구현하는 과정에서 scanning 하는데 소요되는 시간이 각각 달랐지만 이를 따로 측정하지 못해서 정확한 비교는 하지 못했다.
토의
이번 SEM을 통한 이미지 촬영 실습을 통하여 수업시간에 배운 내용을 직접 체험해 볼 수 있었다. 고전압과 저전압에서의 이미지 차이를 배율에 따라서 알 수 있었고, escape volume, Depth of focus, 시편의 topography에 따라 촬영 이미지가 어떻게 다른지 알 수 있었다. 또한 SEM에 대한 내용 이외에도 평소 궁금해 하던 전복과 손톱의 강한 강도의 이유를 직접 볼 수 있는 기회가 되었다.
우리가 촬영한 이미지에서 전복 껍데기는 두께가 약 0.5㎛정도인 판들이 무수히 많이 겹쳐 있는 것을 관찰 할 수 있었고, 손톱의 경우는 파단면에서 무수히 많은 판들이 잘려있는 면의 사진을 기대하였지만, 손톱 깎기로 손톱을 자르면서 그 단면이 매끄럽게 잘리지 않고 뭉개지면서 잘렸기 때문에 전복표면과 같이 여려 판이 쌓여있는 것을 위에서 본 것과 같은 이미지를 관찰 할 수 있었다.
육안으로 보았을 때 관찰 할 수 없었던 미세구조를 주사전자 현미경을 통해 관찰함으로써 특정 소재의 구조에 따른 특성을 이해하는데 큰 도움이 되었으며, 이번 실험을 바탕으로 재료를 공부함에 있어서 특정 재료의 미세구조를 파악하는 것의 중요함을 알 수 있었다.
참고문헌
- 그림1 http://blog.naver.com/00811022?Redirect=Log&logNo=20209383835
- 그림2 http://blog.naver.com/iksoo1818?Redirect=Log&logNo=120205723919
- 그림3 http://blog.naver.com/mmicky06?Redirect=Log&logNo=10187396359
- [네이버 지식백과] 주사전자현미경 [Scanning Electron Microscope] (두산백과)

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SEM촬영 보고서,   주사전자 현미경을 이용한 이미지 관찰 실험,   전복껍데기와 손톱의 미세구조