100 MeV 양성자 조사에 따른 금속 박막의 구조적ㆍ화학적 결함 분석
Structural and Chemical Defect Analysis of Metal Thin Films Irradiated with 100 MeV Protons
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초록
미세전자기계시스템(MEMS) 스위치는 기계적 접촉을 통해 전기 신호를 제어하므로 누설 전류가 0에 가깝고 전력 소모가 매우 낮다. 또한, 정전기 구동 방식을 기반으로 하기 때문에 고온, 극저온, 방사선, 충격 및 진동 등 극한 환경에서도 전하 트래핑 현상에둔감한 특성을 보인다. 이러한 이유로 MEMS는 차세대 우주용 전자 소자의 유망한 후보로 주목받고 있다. 그러나, 우주 환경에서는방사선에 의한 손상이 소자의 주요 열화 요인으로 MEMS 소자를 구성하는 재료의 내방사선 특성을 평가하는 것이 필수적이다. 본연구에서는 MEMS 스위치의 구조 및 접촉 재료로 널리 사용되는 몰리브데넘(Mo)과 백금(Pt) 박막을 대상으로 100 MeV 고에너지양성자 조사 전후의 구조적ㆍ화학적 변화를 분석하였다. 본 연구 결과는 극한 환경용 MEMS 소자의 내방사선 신뢰성 확보 및 재료설계 지침 수립을 위한 기초 데이터를 제공할 것으로 기대된다.
Abstract
Microelectromechanical system (MEMS) switches control electrical signals through mechanical contact, enablingnearly zero leakage current and extremely low power consumption. In addition, owing to their electrostatic actuationmechanism, MEMS switches are inherently insensitive to charge-trapping effects even under extreme environmentssuch as high temperature, cryogenic temperature, radiation, shock, and vibration. Consequently, MEMS deviceshave attracted considerable attention as promising candidates for next-generation space electronics. However,radiation-induced damage acts as one of the main factors degrading device performance in space environments,so it is essential to evaluate the radiation tolerance of the constituent materials of the MEMS device. In this study,structural and chemical changes of molybdenum and platinum thin films, which are commonly employed asstructural and contact materials in MEMS switches, respectively ─ were investigated before and after 100 MeVhigh-energy proton irradiation. These findings provide fundamental insights for ensuring radiation reliability andestablishing material design guidelines for MEMS devices intended for extreme environmental applications.