Jung, H.U.;Park, M.J.;Kim, D.H.;Jang, D.Y.;Park, K.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.6
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pp.153-158
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2007
The present study covers numerical analysis of a thermionic scanning electron microscope(SEM) column. The SEM column contains an electron optical system in which electrons are emitted and moved to form a focused beam, and this generates secondary electrons from the specimen surfaces, eventually making an image. The electron optical system mainly consists of a thermionic electron gun as the beam source, the lens system, the electron control unit, and the vacuum unit. For a systematic design of the electron optical system, the beam trajectories are investigated through numerical analyses by tracing the ray path of the electron beams, and the quality of resulting image is evaluated from the analysis results.
Park, Keun;Jung, Huen-U.;Kim, Dong-Hwan;Jang, Dong-Young
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05a
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pp.1288-1293
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2007
The present study covers the design and analysis of a thermionic scanning electron microscope (SEM) column. The SEM column contains an electron optical system in which electrons are emitted and moved to form a focused beam, and this generates secondary electrons from the specimen surfaces, eventually making an image. The electron optical system mainly consists of a thermionic electron gun as the beam source, the lens system, the electron control unit, and the vacuum unit. In the design process, the dimension and capacity of the SEM components need to be optimally determined with the aid of finite element analyses. Considering the geometry of the filament, a three-dimensional (3D) finite element analysis is utilized. Through the analysis, the beam emission characteristics and relevant trajectories are predicted from which a systematic design of the electron optical system is enabled. The validity of the proposed 3D analysis is also discussed by comparing the directional beam spot radius. As a result, a prototype of a thermionic SEM is successfully developed with a relatively short time and low investment costs, which proves the adoptability of the proposed 3D analysis.
Park, Keun;Park, Man-Jin;Kim, Dong-Hwan;Jang, Dong-Young
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1557-1563
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2006
A scanning electron microscope (SEM) is well known as a measurement and analysis equipment in nano technology, being widely used as a crucial one in measuring objects or analyzing chemical components. It is equipped with an electron optical system that consists of an electron beam source, electromagnetic lenses, and a detector. The present work concerns numerical analysis for the electron optical system so as to facilitate design of each component. Through the numerical analysis, we investigate trajectories of electron beams emitted from a nano-scale field emission tip, and compare the result with that of experimental observations. Effects of various components such as electromagnetic lenses and an aperture are also discussed.
Currently miniaturized electron-optical columns find their way into electron beam lithography systems. For better lithography process, it is required to make smaller spot size and longer working distance. But, the micro-columns of the multi-beam lithography system suffer from chromatic and spherical aberration, even when the electron beam is exactly on the symmetric axis of the micro-column. The off-axis error of the electron emitting source is expected to become worse with increasing off-axis distance of the focusing spot. Especially the electron beams far from the system optical axis have a non-negligible asymmetric intensity distribution in the micro-column. In this paper, the effect of the off-axis e-beam source is analyzed. To analyze this effect is to introduce a micro-column model of which the e-beam emitting source is aligned with the center of the electron beam by shifting them perpendicular to the system optical axis. The presented solution can be used to analysis the performance of the multi-electron-beam system. The performance parameters, such as the working distances and the focusing position are obtained by the computational simulations as a function of the off-axis distance of the emitting source.
Park, Keun;Lee, Jae-Jin;Park, Man-Jin;Kim, Dong-Hwan;Jang, Dong-Young
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.11
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pp.92-98
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2009
The scanning electron microscope (SEM) contains an electron optical system in which electrons are emitted and moved to form a focused beam, and generates secondary electrons from the specimen surfaces, eventually making an image. The electron optical system usually contains two condenser lenses and an objective lens. The condenser lenses generate a magnetic field that forces the electron beams to form crossovers at desired locations. The objective lens then focuses the electron beams on the specimen. The present study covers the design and analysis of an objective lens for a thermionic SEM. A finite element (FE) analysis for the objective lens is performed to analyze its magnetic characteristics for various lens designs. Relevant beam trajectories are also investigated by tracing the ray path of the electron beams under the magnetic fields inside the objective lens.
Extended Drude model has been used to obtain information of correlations from measured optical spectra of strongly correlated electron systems. The optical self-energy can be defined by the extended Drude model formalism. One can extract the optical self-energy and the electron-boson spectral density function from measured reflectance spectra using a well-developed usual process, which is consistent with several steps including the extended Drude model and generalized Allen's formulas. Here we used a reverse process of the usual process to investigate the extended Drude analysis when an additional low-energy interband transition is included. We considered two typical electron-boson spectral density model functions for two different (normal and d-wave superconducting) material states. Our results show that the low-energy interband transition might give significant effects on the electron-boson spectral density function obtained using the usual process. However, we expect that the low-energy interband transition can be removed from measured spectra in a proper way if the transition is well-defined or well-known.
Kim, Jin-Gyu;Jeong, Jong-Man;Kim, Mun-Chang;Choi, Joo-Hyoung;Kim, Youn-Joong
Applied Microscopy
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v.37
no.3
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pp.199-208
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2007
We have made an optical device to study the wave optics phenomena, such as image and diffraction pattern, constructive and destructive interference, by direct operation of laser beam and optical lenses. It consists of laser beam, goniometer, objective lens, intermediate lens, projection lens, CCD system, and computing system. As a result of the performance test, we were able to magnify samples up to 44 times with the resolution of about $5{\mu}m$. It is expected to help EM users understanding more easily principles of transmission electron microscopy (TEM).
Lee, Yong-Jae;Park, Jung-Yeong;Chun, Kuk-Jin;Kuk, Young
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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v.35D
no.9
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pp.42-47
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1998
We have fabricated electron-optical lens for micro E-beam system that can overcome the limitation of current E-beam lithography. Our electron-optical lens consists of multiple silicon electrodes which were fabricated by micromachining technology and assembled by anodic bonding. The assembled system was installed in UHV chamber to observe the emission characteristics of focused electrons by the electro-optical lens. We used STM(Scanning Tunneling Microscope) tip for electron source. By performing lithography with the focused electrons with PMMA(poly-methylmethacrylate) as E-beam resist. We could draw 0.13${\mu}{\textrm}{m}$ nano-scale lines.
We investigated theoretically the magnetic field dependence of the quantum optical transition of qusi 2-Dimensional Landau splitting system, in CdS and ZnO. In this study, we investigate electron confinement by square well confinement potential in magnetic field system using quantum transport theory(QTR). In this study, theoretical formulas for numerical analysis are derived using Liouville equation method and Equilibrium Average Projection Scheme (EAPS). In this study, the absorption power, P (B), and the Quantum Transition Line Widths (QTLWS) of the magnetic field in CdS and ZnO can be deduced from the numerical analysis of the theoretical equations, and the optical quantum transition line shape (QTLS) is found to increase. We also found that QTLW, ${\gamma}(B)_{total}$ of CdS < ${\gamma}(B)_{total}$ of ZnO in the magnetic field region B<25 Tesla.
Park, Keun;Jung, Hyun-Woo;Park, Man-Jin;Kim, Dong-Hwan;Jang, Dong-Young
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.9
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pp.95-102
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2007
The scanning electron microscope (SEM) is one of the most popular instruments available for the measurement and analysis of the micro/nano structures. It is equipped with an electron optical system that consists of an electron beam source, magnetic lenses, apertures, deflection coils, and a detector. The magnetic lenses playa role in refracting electron beams to obtain a focused spot using the magnetic field driven by an electric current from a coil. A SEM column usually contains two condenser lenses and an objective lens. The condenser lenses generate a magnetic field that forces the electron beams to form crossovers at desired locations. The objective lens then focuses the electron beams on the specimen. The present work concerns finite element analysis for the electron magnetic lenses so as to analyze their magnetic characteristics. To improve the performance of the magnetic lenses, the effect of the excitation current and pole-piece design on the amount of resulting magnetic fields and their peak locations are analyzed through the finite element analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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