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KR20180047762A - System and method for measuring thickness of 2-dimensional materials - Google Patents

System and method for measuring thickness of 2-dimensional materials Download PDF

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KR20180047762A
KR20180047762A KR1020160144459A KR20160144459A KR20180047762A KR 20180047762 A KR20180047762 A KR 20180047762A KR 1020160144459 A KR1020160144459 A KR 1020160144459A KR 20160144459 A KR20160144459 A KR 20160144459A KR 20180047762 A KR20180047762 A KR 20180047762A
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Abstract

본 발명의 이차원 물질의 두께 측정 시스템은 시료의 광학상수를 이용하여 시료의 각 층수에서의 파장에 따른 제1 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 제어부 및 기판만 있을 때의 광학 이미지와 시료의 광학 이미지를 측정하는 광학 현미경부를 포함하고, 제어부는 광학 현미경부에 의해 측정된 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산하고, 제2 옵티컬 콘트라스트를 상기 제1 옵티컬 콘트라스트와 비교하여, 비교 결과에 따라 측정된 시료의 층수를 산출한다.The system for measuring the thickness of a two-dimensional material of the present invention includes a control unit for calculating a first optical contrast according to a wavelength in each layer number of a sample using an optical constant of the sample, Wherein the control section calculates a second optical contrast through a difference between the optical image of the sample and the substrate measured by the optical microscope section, compares the second optical contrast with the first optical contrast, The number of layers of the sample thus measured is calculated.

Description

이차원 물질의 두께 측정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING THICKNESS OF 2-DIMENSIONAL MATERIALS}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a system and a method for measuring a thickness of a two-

본 발명은 이차원 물질의 두께 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차원 물질의 두께를 비교적 간단하게 측정하고, 사이즈가 넓은 시료에 대해 자동적으로 층수를 구분해낼 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for measuring the thickness of a two-dimensional material, and more particularly, to a system and method for measuring the thickness of a two-dimensional material relatively easily and automatically dividing the number of layers .

이차원 물질이란, 층상구조를 갖는 고체 물질이 수층의 형태로 존재하는 물질을 말한다. 2004년 흑연에서 한 층만을 떼어낸 구조인 그래핀이 기계적 박리법을 통해 제작되면서, 3차원 구조와는 다른 물리적 성질과 응용가능성으로 인해 사람들의 많은 주목을 받았다. A two-dimensional material refers to a material in which a solid material having a layered structure exists in the form of an aqueous layer. In 2004, graphene, which is a structure separated from graphite by a single layer, was produced by mechanical exfoliation, and attracted a lot of attention due to its physical properties and application possibilities.

그 이후로 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐 등과 같은 전이금속 디칼코겐 물질, 흑린과 같은 층상구조를 갖는 다른 물질들이 수층의 형태로 제작되고, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Since then, transition metal dicalogens such as molybdenum disulfide and tungsten disulfide, and other materials having a layered structure such as black have been fabricated in the form of water layers, and studies have been actively conducted.

이러한 물질들은 기계적 박리법, 화학기상증착법 등의 방법으로 성장시킬 수 있고, 뿐만 아니라 다른 여러 가지 새로운 성장방법이 계속 연구되고 있다. These materials can be grown by mechanical stripping, chemical vapor deposition, etc., as well as various other new growth methods.

이러한 층상 구조물질이 수층의 두께를 갖는 경우, 그 층수에 따라 물리적인 특성이 크게 달라지기 때문에 이를 단시간에 정확하게 파악하는 것은 매우 중요한 일이다. When such a layered structure material has a thickness of the water layer, the physical properties greatly vary depending on the number of layers, so it is very important to accurately grasp this in a short time.

일반적으로 이차원 물질은 수 나노미터의 매우 얇은 두께를 갖기 때문에 투명하여 광학 현미경 상으로 잘 구분이 되지 않는다. In general, two-dimensional materials are transparent and not well distinguished by optical microscopy because they have a very thin thickness of a few nanometers.

따라서 일반적으로 이와 같은 문제를 극복하기 위하여 특정한 두께를 갖는 이산화규소가 올라가있는 실리콘기판에 이차원 물질을 제작하고 광학적 간섭현상을 이용하여 이의 옵티컬 콘트라스트(Optical contrast)를 증가시킨다. Therefore, in order to overcome such a problem, a two-dimensional material is fabricated on a silicon substrate having a specific thickness of silicon dioxide, and the optical contrast is increased by using optical interference phenomenon.

그러면 원자 단일층의 물질도 일반적인 광학현미경을 이용해 구분이 가능해지고, 이를 이용한 층수 구분이 가능해진다. Then, the material of the atomic monolayer can be distinguished by using a general optical microscope, and the number of layers can be discriminated by using this.

하지만 이러한 옵티컬 콘트라스트는 수치적으로 사용하는 기판 및 물질의 종류에 따라 크게 달라진다. However, this optical contrast varies greatly depending on the type of substrate and material used numerically.

따라서 옵티컬 콘트라스트에 영향을 주는 요인을 다각적으로 고려하여 가장 높은 콘트라스트를 갖는 조건을 찾아내는 것이 중요하다.Therefore, it is important to find the condition with the highest contrast by considering various factors that affect the optical contrast.

그리고 이러한 조건을 이용하여 넓은 면적에 대해 자동적으로 층수를 구분해낼 수 있는 시스템이 필요하다.And a system that can automatically classify the number of floors for a large area is needed by using these conditions.

대한민국 등록특허 제10-0865883호 (2006년 05월 10일, "두께 측정 시스템 및 방법")Korean Patent No. 10-0865883 (May 10, 2006, "Thickness Measurement System and Method")

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 이차원 물질의 두께를 비교적 간단하게 측정하는 시스템 및 그 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a system and method for relatively simple measurement of the thickness of a two-dimensional material.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 시료의 넓은 면적에 대해 자동적으로 층수를 구분해낼 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a system and method that can automatically classify the number of layers on a large area of a sample.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템은 시료의 광학상수를 이용하여 시료의 각 층수에서의 파장에 따른 제1 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 제어부 및 기판만 있을 때의 광학 이미지와 시료의 광학 이미지를 측정하는 광학 현미경부를 포함하고, 제어부는 광학 현미경부에 의해 측정된 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산하고, 제2 옵티컬 콘트라스트를 상기 제1 옵티컬 콘트라스트와 비교하여, 비교 결과에 따라 측정된 시료의 층수를 산출한다.In order to achieve the above object, a two-dimensional material thickness measuring system according to an embodiment of the present invention includes a controller for calculating a first optical contrast according to wavelengths in each layer number of a sample using an optical constant of a sample, Wherein the control section calculates a second optical contrast through a difference between the optical image of the sample and the substrate measured by the optical microscope section and outputs the second optical contrast to the second optical contrast section, 1 < / RTI > optical contrast, the number of layers of the sample measured according to the comparison result is calculated.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 현미경부는 백색광을 상기 시료에 조사하고, CCD(Charge Coupled Device)를 통해 상기 조사된 빛의 반사에 의한 이미지를 얻으며, 소프트웨어를 통해 상기 이미지로부터 R, G, B 성분 값을 획득한다.The optical microscope according to another embodiment of the present invention irradiates the sample with white light, obtains an image by reflection of the irradiated light through a CCD (Charge Coupled Device), and obtains R, G, B Component values are obtained.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 제어부는 상기 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 RMS(Root Means Square) 값을 구하여 상기 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산한다.A controller according to another embodiment of the present invention calculates a second optical contrast by obtaining a root mean square (RMS) value through a difference between the optical image of the substrate and the sample.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 현미경부는 상기 시료를 장착하는 회전 스테이지를 포함하고, 상기 제어부는 상기 시료의 사이즈를 고려하여 상기 광학 현미경의 화각에 해당하는 만큼 상기 회전 스테이지를 x, y축 방향으로 움직이면서 반복적으로 광학 이미지를 측정하며, 상기 각 광학 이미지에 층수를 나타내어 상기 시료에서의 층수 지도를 생성하여 저장한다.The optical microscope according to another embodiment of the present invention includes a rotating stage for mounting the sample, and the control unit moves the rotating stage in the x- and y-axis directions by a distance corresponding to the angle of view of the optical microscope, And the number of layers in each optical image is generated to generate and store a layer number map in the sample.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 제어부는 사용자가 알고자 하는 층수와 시료의 사이즈를 입력하면, 상기 층수 지도를 이용하여 상기 입력된 층수와 사이즈에 맞는 상기 시료의 위치를 좌표로 정리하여 나타낸다.The control unit according to another embodiment of the present invention displays coordinates of the position of the sample in accordance with the number of layers and the size inputted using the number-of-layers map when the user inputs the number of layers and the size of the sample.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 방법은 시료의 광학상수를 이용하여 상기 시료의 각 층수에서의 파장에 따른 제1 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 단계와, 광학 현미경을 이용하여 기판만 있을 때의 광학 이미지와 상기 시료의 광학 이미지를 측정하는 단계와, 상기 광학 현미경부에 의해 측정된 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 단계 및 상기 제2 옵티컬 콘트라스트를 상기 제1 옵티컬 콘트라스트와 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 측정된 시료의 층수를 산출하는 단계를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for measuring the thickness of a two-dimensional material, comprising the steps of: calculating a first optical contrast according to a wavelength in each layer of the sample using optical constants of the sample; Measuring the optical image of the sample and the optical image of the sample; calculating a second optical contrast through a difference between the optical image of the sample and the substrate measured by the optical microscope; And calculating the number of layers of the measured sample according to the comparison result, in comparison with the first optical contrast.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학 이미지를 측정하는 단계는 백색광을 상기 시료에 조사하는 단계와, CCD(Charge Coupled Device)를 통해 상기 조사된 빛의 반사에 의한 이미지를 얻는 단계 및 소프트웨어를 통해 상기 이미지로부터 R, G, B 성분 값을 획득하는 단계를 포함한다.The step of measuring an optical image according to another embodiment of the present invention includes the steps of irradiating the sample with white light, obtaining an image by reflection of the irradiated light through a CCD (Charge Coupled Device) And obtaining the R, G, and B component values from the image.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 단계는 상기 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 RMS(Root Means Square) 값을 구한다.The step of calculating the second optical contrast according to another embodiment of the present invention obtains a root mean square (RMS) value through the difference between the optical image of the substrate and the sample.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 방법은 상기 시료의 사이즈를 고려하여 상기 광학 현미경의 화각에 해당하는 만큼 상기 회전 스테이지를 x, y축 방향으로 움직이면서 반복적으로 광학 이미지를 측정하는 단계 및 상기 각 광학 이미지에 층수를 나타내어 상기 시료에서의 층수 지도를 만드는 단계를 더 포함한다.The method of measuring the thickness of a two-dimensional material according to another embodiment of the present invention includes measuring the optical image repeatedly while moving the rotating stage in the x and y axis directions corresponding to the angle of view of the optical microscope in consideration of the size of the sample And forming a layer number map in the sample by displaying the number of layers in each optical image.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 방법은 사용자로부터 알고자 하는 층수와 시료의 사이즈를 입력받는 단계 및 상기 층수 지도를 이용하여 상기 입력된 층수와 사이즈에 맞는 상기 시료의 위치를 좌표로 정리하여 나타내는 단계를 더 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a thickness of a two-dimensional material, comprising: receiving a number of layers and a size of a sample to be known from a user; As shown in FIG.

또한, 본 발명은 상기한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by including a computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute the above-described method is recorded.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템 및 방법에 의하면, 이차원 물질의 두께를 비교적 간단하게 측정할 수 있다. According to the system and method for measuring the thickness of a two-dimensional material according to the present invention, the thickness of the two-dimensional material can be relatively easily measured.

또한, 본 발명에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템 및 방법에 의하면, 넓은 면적의 시료에 대해 자동적으로 층수를 구분해 낼 수 있다.In addition, according to the system and method for measuring the thickness of a two-dimensional material according to the present invention, the number of layers can be automatically determined for a large area sample.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템의 구성을 도시하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템의 제어부의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 SiO2/Si 기판 위의 다양한 층수를 갖는 그래핀의 광학 이미지이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a two-dimensional material thickness measuring system according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a block diagram showing the configuration of a control unit of a two-dimensional material thickness measurement system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for measuring a thickness of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.
4 is an optical image of the graphene having a variety of stories above the SiO 2 / Si substrate.

본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.The present invention may have various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템의 구성을 도시하는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템의 제어부의 구성을 도시하는 블록도이며, 도 4는 SiO2/Si 기판 위의 다양한 층수를 갖는 그래핀의 광학 이미지를 나타낸다.FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a two-dimensional material thickness measurement system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration of a control unit of a two-dimensional material thickness measurement system according to an embodiment of the present invention And FIG. 4 shows an optical image of graphene having various layers on a SiO 2 / Si substrate.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템(100)은 광학 현미경부(110) 및 제어부(130)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, a two-dimensional material thickness measuring system 100 according to an embodiment of the present invention includes an optical microscope 110 and a controller 130.

광학 현미경부(110)는 수십 마이크로미터 크기의 이차원 물질을 관찰하고, 초점을 맞추기 위한 대물렌즈(111) 및 이차원 물질을 장착하는 회전 스테이지(113)등을 포함하여 구성된다.The optical microscope unit 110 includes an objective lens 111 for observing a two-dimensional material having a size of several tens of micrometers and focusing, a rotation stage 113 for mounting a two-dimensional material, and the like.

회전 스테이지(113)는 상부에 이차원 물질을 탑재하여 고정시키고, 0도 내지 360도 사이에서 원하는 크기의 각도로 회전할 수 있다. 회전 스테이지(113)의 회전 구동은 제어부(130)에 의해 제어될 수 있다. The rotating stage 113 can be rotated and rotated at a desired angle between 0 and 360 degrees by mounting and fixing a two-dimensional material on the upper portion. The rotational driving of the rotating stage 113 can be controlled by the control unit 130. [

광학 현미경부(110)는 백색광을 시료에 조사하고, CCD(Charge Coupled Device)를 통해 상기 조사된 빛의 반사에 의한 이미지를 얻으며, 제어부(130)는 소프트웨어를 통해 상기 이미지로부터 R, G, B 성분 값을 획득한다. The optical microscope 110 irradiates the sample with white light and obtains an image by reflection of the irradiated light through a CCD (Charge Coupled Device). The control unit 130 acquires R, G, B Component values are obtained.

제어부(130)는 본 발명의 이차원 물질의 두께 측정 시스템을 위한 운영체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 제어부(130)에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 신호를 포함한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있으며, 전사 시스템의 타 구성 요소들의 동작을 제어할 수 있다. The control unit 130 may control a plurality of hardware or software components connected to the control unit 130 by driving an operating system or an application program for the two-dimensional material thickness measuring system of the present invention, And can control the operation of other components of the transfer system.

제어부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 시료 및 기판 종류 입력부(131), 옵티컬 콘트라스트 계산부(132), 광학 이미지 획득부(133), 제1 및 제2 옵티컬 콘트라스트 비교부(134), 시료 층수 산출부(135), 층수 지도 생성부(136), 층수 및 시료 사이즈 입력부(137), 검색부(138) 및 시료 위치 표시부(139)를 포함하여 구성될 수 있다.2, the control unit 130 includes a sample and substrate type input unit 131, an optical contrast calculation unit 132, an optical image acquisition unit 133, first and second optical contrast comparison units 134, A number-of-layers calculating section 135, a number-of-layers map generating section 136, a number of layers and a sample size input section 137, a search section 138 and a sample position display section 139.

제어부(130)는 사용자로부터 측정 대상인 기판의 종류와 이차원 물질의 종류에 대한 정보를 입력받는다. 그리고, 입력된 이차원 물질의 광학상수를 이용하여 상기 이차원 물질의 각 층수에서의 파장에 따른 제1 옵티컬 콘트라스트를 계산한다. 이를 위해 제어부(130)는 이차원 물질의 광학상수에 관한 정보를 미리 저장하고 있다. The control unit 130 receives information on the type of the substrate to be measured and the type of the two-dimensional material from the user. Then, a first optical contrast according to wavelengths in each layer number of the two-dimensional material is calculated using the optical constants of the input two-dimensional material. For this, the controller 130 stores information on the optical constants of the two-dimensional material in advance.

구체적으로, 이차원 물질에 대한 CCD(Charge Coupled Device)의 R, G, B 성분에 해당하는 콘트라스트 값을 구한다. 이를 위해, 여러 파장 성분을 갖는 빛 즉, 백색광을 시료에 한꺼번에 쬐어주고 컬러 CCD를 통해 이미지를 얻은 후, 소프트웨어를 통해 이미지의 R, G, B 성분값을 획득한다. Specifically, a contrast value corresponding to R, G, and B components of a CCD (Charge Coupled Device) for a two-dimensional material is obtained. To do this, we irradiate the light with various wavelength components, that is, the white light, to the sample at once, obtain the image through the color CCD, and obtain the R, G and B component values of the image through software.

그리고, 제어부(130)는 이미지의 R, G, B 성분의 콘트라스트 값과 이차원 물질의 층수를 매핑하여 매핑 테이블을 생성하고 이를 저장한다.The controller 130 generates a mapping table by mapping the contrast values of the R, G, and B components of the image and the number of layers of the two-dimensional material, and stores the generated mapping table.

광학 현미경부(110)에서 측정 대상인 기판과 시료에 대해 기판만 있을 때의 광학 이미지와 시료의 광학 이미지를 측정하면, When the optical microscope section 110 measures the optical image of the substrate to be measured and the optical image of the sample when only the substrate is present with respect to the sample,

제어부(130)는 광학 현미경부(110)에 의해 측정된 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산한다. 이를 위해 , 제어부(130)는 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 RMS(Root Means Square) 값을 구하여 상기 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산한다.The control unit 130 calculates the second optical contrast through the difference between the optical image of the sample and the sample measured by the optical microscope unit 110. To this end, the controller 130 calculates a second optical contrast by obtaining a Root Means Square (RMS) value based on the difference between the optical image of the substrate and the sample.

구체적으로, 기판과 시료의 광학 이미지를 R, G, B 성분으로 분리하여, 각 R, G, B 성분의 시료와 기판과의 차이를 계산하고 RMS(Root Mean Square) 값을 구하여 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산한다. Specifically, the optical image of the substrate and the sample are separated into R, G, and B components, the difference between the sample of each of the R, G, and B components and the substrate is calculated, and the RMS (Root Mean Square) .

여기서 제2 옵티컬 콘트라스트는 시료와 기판의 R, G, B 성분의 RMS 값의 차이를 의미한다. 시료의 R, G, B 성분을 구하고, 기판의 R, G, B 값을 각각 R0, G0, B0라고 하면 제2 옵티컬 콘트라스트는

Figure pat00001
으로 계산된다. 기판을 기준으로 하기 때문에 기판의 옵티컬 콘트라스트는 개념상 항상 0으로 정의된다.Here, the second optical contrast means a difference between the RMS values of the R, G and B components of the sample and the substrate. Assuming that the R, G, and B components of the sample are R0, G0, and B0, respectively, and the R, G, and B values of the substrate are R0, G0, and B0, respectively,
Figure pat00001
. The optical contrast of the substrate is always defined to be zero in concept because it is based on the substrate.

그리고, 제어부(130)는 제2 옵티컬 콘트라스트를 제1 옵티컬 콘트라스트와 비교하고, 비교 결과에 따라 측정된 시료의 층수를 산출한다.Then, the controller 130 compares the second optical contrast with the first optical contrast, and calculates the number of layers of the sample measured according to the comparison result.

즉, 매핑 테이블로부터 제2 옵티컬 콘트라스트와 동일한 제1 옵티컬 콘트라스트를 추출하고, 추출된 제1 옵티컬 콘트라스트에 해당하는 층수를 제2 옵티컬 콘트라스트의 층수로 산출한다.That is, the first optical contrast, which is the same as the second optical contrast, is extracted from the mapping table, and the number of layers corresponding to the extracted first optical contrast is calculated as the number of layers of the second optical contrast.

또한, 제어부(130)는 이차원 물질의 사이즈를 고려하여 광학 현미경(110)의 화각에 해당하는 만큼 회전 스테이지(113)를 x, y축 방향으로 움직이면서 반복적으로 광학 이미지를 측정하며, 각 광학 이미지에 층수를 나타내어 이차원 물질에서의 층수 지도를 만든다.The controller 130 repeatedly measures the optical image while moving the rotating stage 113 in the x and y axis directions by the angle corresponding to the angle of view of the optical microscope 110 in consideration of the size of the two- It represents the number of layers to make a layer number map in two-dimensional material.

이후, 제어부(130)는 사용자가 알고자 하는 층수와 이차원 물질의 사이즈를 입력하면, 층수 지도를 이용하여 상기 입력된 층수와 사이즈에 해당하는 상기 이차원 물질의 위치를 좌표로 정리하여 나타낼 수 있다.If the number of the layers to be known by the user and the size of the two-dimensional material are inputted, the controller 130 can display the positions of the two-dimensional materials corresponding to the inputted number of layers and the coordinates by using the layer number map.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method for measuring a thickness of a two-dimensional material according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 이차원 물질의 두께 측정 방법은 먼저, 측정 대상인 기판의 종류와 이차원 물질의 종류에 대한 정보를 입력받는다(S210). Referring to FIG. 3, the method for measuring the thickness of a two-dimensional material according to an exemplary embodiment of the present invention first receives information on a type of a substrate to be measured and a type of a two-dimensional material (S210).

다음으로, 입력된 이차원 물질의 광학상수를 이용하여 이차원 물질의 각 층수에서의 파장에 따른 제1 옵티컬 콘트라스트를 계산한다(S220). 이를 위해 제어부는 미리 이차원 물질의 광학상수에 대한 정보를 저장하고 있다. Next, a first optical contrast according to a wavelength of each layer of the two-dimensional material is calculated using the optical constant of the input two-dimensional material (S220). For this, the control unit previously stores information on the optical constants of the two-dimensional material.

구체적으로, 이차원 물질에 대한 CCD(Charge Coupled Device)의 R, G, B 성분에 해당하는 콘트라스트 값을 구한다. 이를 위해, 여러 파장 성분을 갖는 빛 즉, 백색광을 시료에 한꺼번에 쬐어주고 컬러 CCD를 통해 이미지를 얻은 후, 이미지의 R, G, B 성분값을 획득한다.Specifically, a contrast value corresponding to R, G, and B components of a CCD (Charge Coupled Device) for a two-dimensional material is obtained. To do this, we irradiate the light with various wavelength components, that is, the white light, to the sample at once, obtain the image through the color CCD, and then obtain the R, G and B component values of the image.

그리고, R, G, B 성분의 콘트라스트 값과 이차원 물질의 층수를 매핑하여 매핑 테이블을 생성하고 이를 저장한다(S230). Then, a mapping table is generated by mapping the contrast values of the R, G, and B components and the number of layers of the two-dimensional material, and stored (S230).

다음으로, 광학 현미경을 이용하여 기판만 있을 때의 광학 이미지와 시료의 광학 이미지를 측정한다(S240).Next, optical images of the substrate alone and optical images of the sample are measured using an optical microscope (S240).

다음으로, 광학 현미경에 의해 측정된 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산한다(S250). Next, the second optical contrast is calculated through the difference between the optical image of the sample and the sample measured by the optical microscope (S250).

구체적으로, 기판과 시료의 광학 이미지를 R, G, B 성분으로 분리하여, 각 R, G, B 성분의 시료와 기판과의 차이를 계산하고 RMS(Root Mean Square) 값을 구하여 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산한다. Specifically, the optical image of the substrate and the sample are separated into R, G, and B components, the difference between the sample of each of the R, G, and B components and the substrate is calculated, and the RMS (Root Mean Square) .

여기서 제2 옵티컬 콘트라스트는 시료와 기판의 R, G, B 성분의 RMS 값의 차이를 의미한다. 시료의 R, G, B 성분을 구하고, 기판의 R, G, B 값을 각각 R0, G0, B0라고 하면 제2 옵티컬 콘트라스트는

Figure pat00002
으로 계산된다. 기판을 기준으로 하기 때문에 기판의 옵티컬 콘트라스트는 개념상 항상 0으로 정의된다.Here, the second optical contrast means a difference between the RMS values of the R, G and B components of the sample and the substrate. Assuming that the R, G, and B components of the sample are R0, G0, and B0, respectively, and the R, G, and B values of the substrate are R0, G0, and B0, respectively,
Figure pat00002
. The optical contrast of the substrate is always defined to be zero in concept because it is based on the substrate.

다음으로, 제2 옵티컬 콘트라스트를 제1 옵티컬 콘트라스트와 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 측정된 시료의 층수를 산출한다(S260). Next, the second optical contrast is compared with the first optical contrast, and the number of the measured samples is calculated according to the comparison result (S260).

즉, 매핑 테이블로부터 제2 옵티컬 콘트라스트와 동일한 제1 옵티컬 콘트라스트를 추출하고, 추출된 제1 옵티컬 콘트라스트에 해당하는 층수를 제2 옵티컬 콘트라스트의 층수로 산출한다.That is, the first optical contrast, which is the same as the second optical contrast, is extracted from the mapping table, and the number of layers corresponding to the extracted first optical contrast is calculated as the number of layers of the second optical contrast.

다음으로, 시료의 사이즈를 고려하여, 자동화된 스테이지를 이용하여 x, y 방향으로 움직이면서 반복적으로 현미경의 화각에 해당하는 만큼 광학 이미지를 측정하고, 각 이미지에 해당하는 층수를 나타내어 전체 시료에서의 층 수 지도를 만들어 저장한다(S270).Next, in consideration of the size of the sample, the optical image is measured repeatedly corresponding to the angle of view of the microscope while moving in the x and y directions using an automated stage, and the number of layers corresponding to each image is shown, A map is created and stored (S270).

이후, 원하는 층수와 시료의 사이즈를 입력하면, 층 수 지도를 이용하여 그 조건에 맞는 시료의 위치를 좌표로 정리하여 나타낼 수 있다.Then, if the desired number of layers and the size of the sample are inputted, the position of the sample that satisfies the condition can be expressed in coordinates by using the layer number map.

이처럼 본 발명의 이차원 물질의 두께측정 시스템은 기판만 있을 때의 광학 이미지와, 측정하고자 하는 시료의 광학 이미지를 R, G, B 성분으로 분리하여, 각 성분의 시료와 기판과의 차이를 계산하고 RMS 값을 구함으로써, 높은 옵티컬 콘트라스트를 갖는 조건을 찾을 수 있다.  As described above, in the two-dimensional material thickness measuring system of the present invention, the optical image when the substrate only exists and the optical image of the sample to be measured are separated into the R, G, and B components and the difference between the sample of each component and the substrate is calculated By obtaining the RMS value, a condition with high optical contrast can be found.

또한, 본 발명에 따른 이차원 물질의 두께 측정 시스템 및 방법에 의하면, 이차원 물질의 두께를 비교적 간단하게 측정할 수 있으며, 넓은 면적의 시료에 대해 자동적으로 층수를 구분해 낼 수 있다.In addition, according to the system and method for measuring the thickness of a two-dimensional material according to the present invention, the thickness of a two-dimensional material can be measured relatively easily, and the number of layers can be automatically determined for a sample having a large area.

아울러, 본 발명의 이차원 물질의 두께 측정 시스템은 광학 현미경 내부에 구비함으로써, 이차원 물질을 측정하는 통합적인 시스템을 구현할 수 있다.In addition, the system for measuring the thickness of a two-dimensional material of the present invention is provided in an optical microscope, thereby realizing an integrated system for measuring two-dimensional materials.

한편, 본 발명의 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.Meanwhile, the embodiments of the present invention can be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that computer readable codes can be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily deduced by programmers skilled in the art to which the present invention belongs.

이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to various embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

100: 이차원 물질의 두께측정 시스템
110: 현미경 130: 제어부100: Two-dimensional material thickness measurement system
110: Microscope 130:

Claims (11)

시료의 광학상수를 이용하여 상기 시료의 각 층수에서의 파장에 따른 제1 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 제어부; 및
기판만 있을 때의 광학 이미지와 상기 시료의 광학 이미지를 측정하는 광학 현미경부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 광학 현미경부에 의해 측정된 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산하고, 상기 제2 옵티컬 콘트라스트를 상기 제1 옵티컬 콘트라스트와 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 측정된 시료의 층수를 산출하는, 이차원 물질의 두께 측정 시스템.A controller for calculating a first optical contrast according to a wavelength in each layer number of the sample using an optical constant of the sample; And
And an optical microscope part for measuring an optical image when the substrate alone is present and an optical image of the sample,
Wherein the control unit calculates a second optical contrast through a difference between the substrate and the optical image of the sample measured by the optical microscope unit, compares the second optical contrast with the first optical contrast, Wherein the number of layers of the two-dimensional sample is calculated. 제 1 항에 있어서,
상기 광학 현미경부는,
백색광을 상기 시료에 조사하고, CCD(Charge Coupled Device)를 통해 상기 조사된 빛의 반사에 의한 이미지를 얻으며, 소프트웨어를 통해 상기 이미지로부터 R, G, B 성분 값을 획득하는, 이차원 물질의 두께 측정 시스템.The method according to claim 1,
The optical microscope section,
A method for measuring a thickness of a two-dimensional material, comprising: irradiating white light onto the sample, obtaining an image by reflection of the irradiated light through a CCD (Charge Coupled Device), and acquiring R, G and B component values from the image through software system. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 RMS(Root Means Square) 값을 구하여 상기 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산하는, 이차원 물질의 두께 측정 시스템.The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein the second optical contrast is calculated by obtaining a root mean square (RMS) value through a difference between the optical image of the substrate and the sample. 제 1 항에 있어서,
상기 광학 현미경부는,
상기 시료를 장착하는 회전 스테이지를 포함하고,
상기 제어부는 상기 시료의 사이즈를 고려하여 상기 광학 현미경의 화각에 해당하는 만큼 상기 회전 스테이지를 x, y축 방향으로 움직이면서 반복적으로 광학 이미지를 측정하며, 상기 각 광학 이미지에 층수를 나타내어 상기 시료에서의 층수 지도를 만드는, 이차원 물질의 두께 측정 시스템.The method according to claim 1,
The optical microscope section,
And a rotating stage for mounting the sample,
Wherein the controller measures the optical image repeatedly while moving the rotating stage in the x and y axis directions corresponding to the angle of view of the optical microscope in consideration of the size of the sample and displays the number of layers in each optical image, A two-dimensional material thickness measurement system that creates a floor map. 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
사용자가 알고자 하는 층수와 시료의 사이즈를 입력하면, 상기 층수 지도를 이용하여 상기 입력된 층수와 사이즈에 맞는 상기 시료의 위치를 좌표로 정리하여 나타내는, 이차원 물질의 두께 측정 시스템.5. The method of claim 4,
Wherein,
Wherein the user inputs the number of layers to be learned and the size of the sample, and displays the coordinates of the position of the sample corresponding to the input number of layers and the size by using the layer number map. 시료의 광학상수를 이용하여 상기 시료의 각 층수에서의 파장에 따른 제1 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 단계;
광학 현미경을 이용하여 기판만 있을 때의 광학 이미지와 상기 시료의 광학 이미지를 측정하는 단계;
상기 광학 현미경부에 의해 측정된 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 단계; 및
상기 제2 옵티컬 콘트라스트를 상기 제1 옵티컬 콘트라스트와 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 측정된 시료의 층수를 산출하는 단계;를 포함하는, 이차원 물질의 두께 측정 방법.Calculating a first optical contrast according to a wavelength in each layer number of the sample using an optical constant of the sample;
Measuring an optical image when the substrate alone is present and an optical image of the sample using an optical microscope;
Calculating a second optical contrast through a difference between the optical image of the sample and the sample measured by the optical microscope; And
Comparing the second optical contrast with the first optical contrast, and calculating the number of layers of the measured sample according to the comparison result. 제 6 항에 있어서,
상기 광학 이미지를 측정하는 단계는,
백색광을 상기 시료에 조사하는 단계;
CCD(Charge Coupled Device)를 통해 상기 조사된 빛의 반사에 의한 이미지를 얻는 단계; 및
소프트웨어를 통해 상기 이미지로부터 R, G, B 성분 값을 획득하는 단계;를 포함하는, 이차원 물질의 두께 측정 방법.The method according to claim 6,
Wherein measuring the optical image comprises:
Irradiating the sample with white light;
Obtaining an image by reflection of the irradiated light through a CCD (Charge Coupled Device); And
And acquiring R, G, and B component values from the image through software. 제 6 항에 있어서,
상기 제2 옵티컬 콘트라스트를 계산하는 단계는,
상기 기판과 시료의 광학 이미지의 차이를 통해 RMS(Root Means Square) 값을 구하는, 이차원 물질의 두께 측정 방법.The method according to claim 6,
Wherein the step of calculating the second optical contrast comprises:
Wherein a Root Means Square (RMS) value is obtained through a difference between the optical image of the substrate and the sample. 제 6 항에 있어서,
상기 시료의 사이즈를 고려하여 상기 광학 현미경의 화각에 해당하는 만큼 상기 회전 스테이지를 x, y축 방향으로 움직이면서 반복적으로 광학 이미지를 측정하는 단계; 및
상기 각 광학 이미지에 층수를 나타내어 상기 시료에서의 층수 지도를 생성하여 저장하는 단계;를 더 포함하는, 이차원 물질의 두께 측정 방법.The method according to claim 6,
Measuring the optical image repeatedly while moving the rotating stage in the x and y axis directions corresponding to the angle of view of the optical microscope in consideration of the size of the sample; And
And generating and storing a layer number map in the sample by displaying the number of layers in each optical image. 제 9 항에 있어서,
사용자로부터 알고자 하는 층수와 시료의 사이즈를 입력받는 단계; 및
상기 층수 지도를 이용하여 상기 입력된 층수와 사이즈에 맞는 상기 시료의 위치를 좌표로 정리하여 나타내는 단계;를 더 포함하는, 이차원 물질의 두께 측정 방법.10. The method of claim 9,
Receiving a number of layers and a sample size to be known from a user; And
And displaying coordinates of the position of the sample corresponding to the number of layers and the size of the input using the layer number map. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the method according to any one of claims 6 to 10.
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