탄성반도측정법

탄성반도측정법 (Elastic Recoil Detection Analysis, ERDA)은 이온 빔 분석 기술의 하나로, 고에너지 이온 빔을 시료에 조사하여 시료 표면에서 튕겨 나오는 (recoil) 표적 원자를 검출하여 시료의 성분 분석 및 깊이 방향 조성 분석을 수행하는 방법이다. 때로는 탄성 반동 분광법 (Elastic Recoil Spectrometry, ERS)으로도 불린다.

원리

ERDA는 운동량 및 에너지 보존 법칙을 기반으로 한다. 입사 이온 빔이 시료 내의 표적 원자와 탄성 충돌하면, 표적 원자는 특정 각도로 튕겨 나가게 된다. 이 튕겨 나온 원자 (recoil atom)의 에너지와 각도를 측정함으로써, 해당 원자의 질량과 시료 내에서의 깊이를 추정할 수 있다. 일반적으로 수소와 같은 가벼운 원소를 분석하는데 특히 유용하며, 박막의 수소 함량 분석, 고분자 박막의 분석, 반도체 재료의 불순물 분석 등에 활용된다.

특징

• 비파괴 분석: 시료에 대한 손상을 최소화하면서 분석을 수행할 수 있다.
• 깊이 방향 분석: 표면에서부터 깊이에 따른 원소 분포를 파악할 수 있다.
• 경원소 분석: 특히 수소와 같은 가벼운 원소의 검출에 효과적이다.
• 정량 분석: 표준 시료를 사용하여 정량적인 분석이 가능하다.

응용 분야

• 박막 분석: 박막의 조성, 두께, 불순물 분포 등을 분석한다.
• 고분자 재료 분석: 고분자 박막의 수소 함량, 첨가제 분포 등을 분석한다.
• 반도체 재료 분석: 반도체 웨이퍼의 불순물, 도핑 프로파일 등을 분석한다.
• 생체 재료 분석: 생체 재료의 성분 분석 및 표면 개질 분석에 활용된다.

관련 용어

• 이온 빔 분석 (Ion Beam Analysis, IBA): 이온 빔을 이용하여 물질의 성분, 구조, 깊이 방향 조성 등을 분석하는 기술의 총칭.
• 러더퍼드 후방 산란 (Rutherford Backscattering Spectrometry, RBS): ERDA와 함께 대표적인 이온 빔 분석 기술.
• 핵반응 분석 (Nuclear Reaction Analysis, NRA): 이온 빔과 표적 원자 사이의 핵반응을 이용하여 분석하는 기술.