ERD(Elastic Recoil Detection) 원리, 장점, 단점, RBS 차이

RBS(Rutherford Back Scattering Spectroscopy)는 경원소 측정은 어렵다.

신뢰도가 매우 낮고 Yield 자체가 낮기 때문에 불가능하다고 봐도 된다.

그래서 RBS와 ERD의 조합으로 사용을 많이 한다.

ERD는 경원소의 측정이 용이하기 때문이다.

 

RBS에 대한 글은 아래에 있다.

 

https://wanstradamus.tistory.com/3

RBS(Rutherford Back Scattering Spectrometry) 측정장비 원리, 분석, Principle, Measurement, Analysis

 

 

RBS는 왜 경원소 측정이 불가능할까?

He+ 이온을 사용해서 Sample의 원자에 충돌을 시켜 돌아오는 He+이온을 detect하는게 RBS의 원리이다.

근데 만약, He+보다 가벼운 H(수소)에 충돌을 한다면 어떻게 될까?

당연히 더 가벼운 H이온은 큰 충격으로 날라가버리고 He+은 상대적으로 무겁기 때문에 관성에 의해 기존에 가속되던 방향과 큰 차이 없이 진행 할 것이다.

 

실제 위 Figure와 같이 RBS는 매우 큰 각도로 꺽여 Backscattering되었다면, 

ERD는 세게 부딪혀 튕겨나와버린 Sample의 원소를 Detecting하는 방식이다.

 

따라서 경원소를 측정 할 수 있는 것이다. 

 

figure에서는 마치 He이온이 film을 통과하는 것처럼 보이지만 그렇지 않다. 

film을 위에서 바라보았다고 보면 될 것 같다.

 

 

RBS로 경원소 측정이 어려운 이유는 하나 더 있다. 

바로 기판에 Dependency가 있다.

 

예를들어 기판을 Si(Z=28)사용한다고 치자.

만약 위에 Deposition된 Film이 C(Z=12) 또는 O(Z=16)이라고 한다면 어떻게 될까? 

기판의 상대적으로 무거운 원소기 때문에 Si에 의한 RBS Peak가 C와 O의 Peak을 묻어버린다.

 

만약 기판 위의 원소들이 Fe(Z=56), Mo(Z=96)이라면 상관 없지만 말이다.

 

결과적으로 RBS로는 경원소를 측정하는 것이 매우 어렵기 때문에 ERD를 사용해야한다.

 

RBS의 동작 원리는 무엇인가? 

ERD는 좌측의 Figure처럼 He이온에 의해 튕겨져 나와버린 Sample의 원소를 측정한다.

여기서 문제는 우측 figure처럼 Sample의 원소 뿐만아니라, He+이온도 동일한 방향으로 튀어나오는 것이다.

 

따라서, Stopper Foil인 Mylar Foil 등을 사용해서 He이온을 걸러낸다.

그래서 최종적으로는 Detector에 원하는 Sample의 atom만을 가지고 측정을 할 수 있다.