Kim, Jong-Ahn;Kim, Jae-Wan;Kang, Chu-Shik;Eom, Tae-Bong
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.9
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pp.68-75
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2007
The pitch and orthogonality of two-dimensional (2D) gratings have been measured by using a metrological atomic force microscope (MAFM) and measurement uncertainty has been analyzed. Gratings are typical standard artifacts for the calibration of precision microscopes. Since the magnification and orthogonality in two perpendicular axes of microscopes can be calibrated simultaneously using 2D gratings, it is important to certify the pitch and orthogonality of 2D gratings accurately for nano-metrology using precision microscopes. In the measurement of 2D gratings, the MAFM can be used effectively for its nanometric resolution and uncertainty, but a new measurement scheme was required to overcome some limitations of current MAFM such as nonnegligible thermal drift and slow scan speed. Two kinds of 2D gratings, each with the nominal pitch of 300 nm and 1000 nm, were measured using line scans for the pitch measurement of each direction. The expanded uncertainties (k = 2) of measured pitch values were less than 0.2 nm and 0.4 nm for each specimen, and those of measured orthogonality were less than 0.09 degree and 0.05 degree respectively. The experimental results measured using the MAFM and optical diffractometer were coincident with each other within the expanded uncertainty of the MAFM. As a future work, we also proposed another scheme for the measurements of 2D gratings to increase the accuracy of calculated peak positions.
Kim Jong-Ahn;Kim Jae Wan;Park Byong Chon;Eom Tae Bong;Kang Chu-Shik
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.4
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pp.84-91
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2005
We measured the pitch of one-dimensional (ID) grating specimens using a metrological atomic force microscope (M-AFM). The ID grating specimens a.e often used as a magnification standard in nano-metrology, such as scanning probe microscopy (SPM) and scanning electron microscopy (SEM). Thus, we need to certify the pitch of grating specimens fur the meter-traceability in nano-metrology. To this end, an M-AFM was setup at KRISS. The M-AFM consists of a commercial AFM head module, a two-axis flexure hinge type nanoscanner with built-in capacitive sensors, and a two-axis heterodyne interferometer to establish the meter-traceability directly. Two kinds of ID grating specimens, each with the nominal pitch of 288 nm and 700 nm, were measured. The uncertainty in pitch measurement was evaluated according to Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. The pitch was calculated from 9 line scan profiles obtained at different positions with 100 ㎛ scan range. The expanded uncertainties (k = 2) in pitch measurement were 0.10 nm and 0.30 nm for the specimens with the nominal pitch of 288 nm and 700 nm. The measured pitch values were compared with those obtained using an optical diffractometer, and agreed within the range of the expanded uncertainty of pitch measurement. We also discussed the effect of averaging in the measurement of mean pitch using M-AFM and main components of uncertainty.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.4
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pp.467-473
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2013
In this study, two-dimensional finite element models were developed and experiments were conducted using an atomic force microscope to investigate the tribological characteristics of an SU-8 layer coated on a patterned wafer for microsystem applications. The results revealed that both the adhesion and the friction forces measured by the atomic force microscope were lower for the SU-8 coated surface than for the bare silicon surface. This is attributed to the hydrophobicity of SU-8. Another important result derived from the finite element analysis was the critical load required to fracture the SU-8 film with respect to the thickness. The critical loads for thicknesses of 200, 400, and 800 nm were approximately 13, 22, and 28 mN, respectively, which corresponded to a Hertzian contact pressure of 1.2-1.8 GPa. These results will aid in the design of a suitable SU-8 thickness for microsystem components that are in contact with one another.
Kim, Jong-Ahn;Kim, Jae-Wan;Kang, Chu-Shik;Eom, Tae-Bong
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.2
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pp.18-22
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2008
The pitch and orthogonality of two-dimensional (2-D) gratings were measured using a metrological atomic force microscope (MAFM), and the measurement uncertainty was analyzed. Gratings are typical standard devices for the calibration of precision microscopes, Since the magnification and orthogonality in two perpendicular axes of microscopes can be calibrated simultaneously using 2-D gratings, it is important to certify the pitch and orthogonality of such gratings accurately for nanometrology. In the measurement of 2-D gratings, the MAFM can be used effectively for its nanometric resolution and uncertainty, but a new measurement scheme is required to overcome limitations such as thermal drift and slow scan speed. Two types of 2-D gratings with nominal pitches of 300 and 1000 nm were measured using line scans to determine the pitch measurement in each direction. The expanded uncertainties (k = 2) of the measured pitch values were less than 0.2 and 0.4 nm for each specimen, and the measured orthogonality values were less than $0.09^{\circ}$ and $0.05^{\circ}$, respectively. The experimental results measured using the MAFM and optical diffractometer agreed closely within the expanded uncertainty of the MAFM. We also propose an additional scheme for measuring 2-D gratings to increase the accuracy of calculated peak positions, which will be the subject of future study.
It is investigated that the surface properties of mercaptopyruvic-acid layer formed on gold surfaces may make an effect on the distribution of either gold particle adsorbed to the zirconia surface or vice versa. For the investigation, the atomic force microscope was used to measure the surface forces between the surfaces as a function of the salt concentration and pH value. The forces were quantitatively analyzed with the derjaguin-landau-verwey-overbeek (DLVO) theory to estimate the electrostatic properties, potential and charge density, of the surfaces for each condition of salt concentration and pH value. The estimatedvalue dependence on the salt concentration was explained with the law of mass action, and the pH dependence was interpreted with the ionizable groups on the surface. The salt concentration dependence of the surface properties, found from the measurement at pH 4 and 8, was predictable from the law. It was found that the mercaptopyruvic-acid layer had higher values for the surface charge densities and potentials than the zirconia surfaces at pH 4 and 8, which may be attributed to the ionizedfunctional-groups of the mercaptopyruvic-acid layer.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.11
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pp.75-82
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2004
A metrological atomic force microscope (M-AFM) was developed fur the length measurements of nanometer range, through the modification of a commercial AFM. To eliminate nonlinearity and crosstalk of the PZT tube scanner of the commercial AFM, a two-axis flexure hinge scanner employing built-in capacitive sensors is used for X-Y motion instead of PZT tube scanner. Then two-dimensional displacement of the scanner is measured using two-axis heterodyne laser interferometer to ensure the meter-traceability. Through the measurements of several specimens, we could verify the elimination of nonlinearity and crosstalk. The uncertainty of length measurements was estimated according to the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. Among several sources of uncertainty, the primary one is the drift of laser interferometer output, which occurs mainly from the variation of refractive index of air and the thermal stability. The Abbe error, which is proportional to the measured length, is another primary uncertainty source coming from the parasitic motion of the scanner. The expanded uncertainty (k =2) of length measurements using the M-AFM is √(4.26)$^2$+(2.84${\times}$10$^{-4}$${\times}$L)$^2$(nm), where f is the measured length in nm. We also measured the pitch of one-dimensional grating and compared the results with those obtained by optical diffractometry. The relative difference between these results is less than 0.01 %.
Fluorinated polymeric membranes were prepared by direct surface modification of PDMS with fluorine gas ($50{\sim}2000\;{\mu}mol/mol$ in nitrogen). The formed fluorinated polymeric membranes were characterized by FT-IR spectroscopy, GC (Gas chromatography), atomic force microscopy, and scanning electron microscopy. Direct fluorination resulted in the change of permeability and selectivity of various gases (pure gases such as $CO_2$, $O_2$, $N_2$, $C_2H_4$, mixture of He, Ne, Kr, Xe) through PDMS membranes. Fluorination resulted in the maximum 50% increase of selectivity through PDMS membrane.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.6
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pp.41-48
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2015
Stainless steel mesh has been used as a filter in various fields, including domestic, medical, etc. However, the surface before machining may have an adverse effect the product quality and performance because it is not smooth. Especially, adsorbed impurities in the surface result in difficulty in cleaning. Therefore, in this paper, we propose an improved surface quality through electrochemical polishing (ECP). Two electrodes, composed of STS304 (anode) and copper (cathode) underwent machining with two conditions according to polishing time and current density. As the polishing time and current density increase, the surface of curvature decreases, and roughness and material removal rate (MRR) improves. The machined surface roughness and image were obtained through the atomic force microscope (AFM) and stereoscopic microscope. The study also analyzed hydrophilic effect through contact angles. This obtains corrosion resistance, smoothness, hydrophilic property, etc.
Canetta, Elisabetta;Walker, Graeme M.;Adya, Ashok K.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.19
no.6
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pp.547-555
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2009
Nanoscopic changes in the cell surface morphology of the yeasts Saccharomyces cerevisiae (strain NCYC 1681) and Schizosaccharomyces pombe (strain DVPB 1354), due to their exposure to varying concentrations of hydrogen peroxide (oxidative stress), were investigated using an atomic force microscope (AFM). Increasing hydrogen peroxide concentration led to a decrease in cell viabilities and mean cell volumes, and an increase in the surface roughness of the yeasts. In addition, AFM studies revealed that oxidative stress caused cell compression in both S. cerevisiae and Schiz. pombe cells and an increase in the number of aged yeasts. These results confirmed the importance and usefulness of AFM in investigating the morphology of stressed microbial cells at the nanoscale. The results also provided novel information on the relative oxidative stress tolerance of S. cerevisiae and Schizo pombe.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.06a
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pp.127-134
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2001
Nano adhesion and friction between a Sj$_3$N$_4$ AFM tip and thin silver films were experimentally studied. Tests were performed to measure the nano adhesion and friction in both AFM(atomic force microscope) and LFM(lateral force microscope) modes in various ranges of normal load. Thin silver films deposited by IBAD (ion beam assisted deposition) on Si-wafer (100) and Si-wafer of different surface roughness were used. Results showed that nano adhesion and friction decreased as the surface roughness increased. When the Si surfaces were coated by pure silver, the adhesion and friction decreased. But the adhesion and friction were not affected by the thickness of IBAD silver coating. As the normal force increased, the adhesion forces of bare Si-wafer and IBAD silver coating film remained constant, but the friction forces increased linearly. Test results suggested that the friction was mainly governed by the adhesion as long as the normal load was low.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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