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김대욱 연구실

선문대학교 디스플레이반도체공학과

김대욱 교수

김대욱 연구실

디스플레이반도체공학과 김대욱

김대욱 연구실은 응집물질물리 및 나노구조 기반의 전자빔 기술을 중심으로, 초소형 전자칼럼 및 마이크로칼럼의 설계, 제작, 응용에 관한 선도적 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 전자빔의 집속, 편향, 스캔 영역 확장 등 마이크로칼럼의 핵심 부품 기술을 개발하며, MEMS 공정을 활용한 미세 전극 제작, 4중극 및 8중극 디플렉터 설계, 어라인먼트 기술 등 다양한 혁신적 접근을 통해 전자빔 장비의 소형화와 고성능화를 동시에 추구하고 있습니다. 특히, 저에너지 전자빔을 활용한 리소그래피 및 나노패터닝 기술 개발에 집중하여, 50 nm 이하의 초고해상도 패턴 구현, 다양한 감광제의 최적화, 전자빔 집속 특성 개선 등 차세대 반도체 및 디스플레이 제조 공정에 필수적인 기반 기술을 확보하고 있습니다. 이러한 연구는 웨이퍼 및 TFT-LCD 패널의 결함 검사, 비가시적 결함 탐지, 나노소자 제조 등 산업 현장에서 직접적으로 활용되고 있습니다. 또한, 본 연구실은 전자빔 기반 계측 및 검사 장비의 대량 생산 가능성, 신뢰성, 유지보수의 용이성까지 고려한 실용적 연구를 지속하고 있습니다. 다양한 특허와 논문을 통해 초소형 전자칼럼의 구조적 단순화, 고해상도·고전류 전자빔의 안정적 구현, 그리고 산업 현장에 적합한 시스템 개발에 앞장서고 있습니다. 이와 더불어, 나노구조 팁을 이용한 전자방출원, 정전 4중극 및 8중극 디플렉터, 보조집속전극 등 다양한 부품의 설계 및 제작 기술을 바탕으로, 리소그래피 시스템의 성능을 극대화하고 있습니다. 나노미터 크기의 금속/실리콘 어퍼처 제작, 근접장 광센서용 팁, 서브웨이브길이 광학 소자 등 나노패터닝 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 김대욱 연구실은 응집물질물리의 기초 연구를 바탕으로, 전자빔 기술의 실용화와 산업적 응용을 동시에 추구하며, 차세대 반도체, 디스플레이, 나노소자, 바이오센서 등 다양한 첨단 산업 분야에서 요구되는 초미세 구조 구현 및 계측 기술의 혁신을 선도하고 있습니다.

초소형 전자칼럼 및 마이크로칼럼 기술
초소형 전자칼럼 및 마이크로칼럼 기술은 전자빔을 이용한 정밀 계측, 검사, 리소그래피 등 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 합니다. 본 연구실에서는 전자빔의 집속, 편향, 스캔 영역 확장 등 마이크로칼럼의 성능을 극대화하기 위한 다양한 구조적, 전기적 설계 및 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 특히, MEMS 공정을 활용한 실리콘 기반의 미세 전극 제작, 4중극 및 8중극 디플렉터의 설계, 그리고 어라인먼트 및 집속 렌즈의 구조적 개선을 통해 전자빔의 해상도와 스캔 영역을 동시에 향상시키는 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 전자빔 장비의 소형화와 다중화에 필수적인 기반 기술로, 반도체 및 디스플레이 검사 장비, 차세대 리소그래피 장비 등 다양한 산업적 응용 분야에 직접적으로 연결됩니다. 예를 들어, 저에너지 전자빔을 활용한 TFT-LCD 패널의 결함 검사, 웨이퍼 표면의 비가시적 결함 탐지, 그리고 초고해상도 리소그래피 공정 등에서 마이크로칼럼의 성능이 중요한 역할을 합니다. 또한, 전자빔의 집속 특성, 전자렌즈의 전극 구조, 디플렉터의 전기장 분포 등 미세한 요소들이 전체 시스템의 성능에 미치는 영향을 수치해석 및 실험적으로 분석하고 있습니다. 본 연구실은 초소형 전자칼럼의 구조적 단순화, 대량 생산 가능성, 그리고 고해상도·고전류 전자빔의 안정적 구현을 목표로 다양한 특허와 논문을 발표해왔습니다. 이를 통해 차세대 전자빔 기반 계측 및 제조 장비의 핵심 기술을 선도하고 있으며, 실제 산업 현장에서 요구되는 신뢰성, 생산성, 유지보수의 용이성까지 고려한 실용적 연구를 지속하고 있습니다.
저에너지 전자빔 리소그래피 및 나노패터닝
저에너지 전자빔 리소그래피는 기존의 광 리소그래피 한계를 극복하고, 나노미터급의 미세 패턴을 구현할 수 있는 차세대 패터닝 기술입니다. 본 연구실은 초소형 전자칼럼을 이용하여 저에너지(수백 eV~수 keV) 전자빔을 활용한 리소그래피 시스템을 개발하고, 이를 통해 50 nm 이하의 초고해상도 패턴을 구현하는 연구를 수행하고 있습니다. 전자빔의 에너지, 조사 농도, 집속 특성 등 다양한 변수에 따른 패턴 두께 및 품질 변화를 체계적으로 분석하며, PMMA 등 다양한 감광제의 최적화 조건을 도출하고 있습니다. 특히, 마이크로칼럼 기반의 저에너지 리소그래피는 전자빔의 집속 각도와 전류를 동시에 제어할 수 있어, 기존 고에너지 시스템 대비 소형화와 저비용화가 가능하며, 반도체, 디스플레이, 나노소자 제조 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 또한, 나노구조 팁을 이용한 전자방출원, 정전 4중극 및 8중극 디플렉터, 보조집속전극 등 다양한 부품의 설계 및 제작 기술을 바탕으로, 리소그래피 시스템의 성능을 극대화하고 있습니다. 이와 더불어, 나노미터 크기의 금속/실리콘 어퍼처 제작, 근접장 광센서용 팁, 서브웨이브길이 광학 소자 등 나노패터닝 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 차세대 반도체 공정, 바이오센서, 광소자 등 첨단 산업 분야에서 요구되는 초미세 구조 구현에 필수적인 기반 기술을 제공하며, 실제 산업 현장과의 연계 및 기술 이전도 적극적으로 추진하고 있습니다.
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Variations of the field of view depending on the Si deflector shape in a microcolumn
Kim, HW (Kim, Hyung Woo), Lee, YB (Lee, Young Bok), Kim, DW (Kim, Dae-Wook), Ahn, S (Ahn, Seungjoon), Oh, TS (Oh, Tae Sik), Kim, HS (Kim, Ho Seob), Kim, YC (Kim, Young Chul)
JOURNAL OF VACUUM SCIENCE TECHNOLOGY B, 2018
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Development of arrayed microcolumns and field emitters
김대욱, 김호섭, 이영복, 최성웅, 김형우, 안승준, 오태식, 송윤호, 박병천, 임선종
Japanese Journal of Applied Physics, 2017
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Comparison of electron emission characteristics of W and CNT field emitter for microcolumn
Sharma A., Kanth S.K., Kim H.S., Kim D.-W., Ahn S.J., Oh T.-S., Kim Y.C.
Asian Journal of Chemistry, 2017