삼극관 구조의 탄소나노튜브 전계방출 이온화원을 이용한 초소형 질량 분석기
A miniature mass spectrometer using an ionization source with a carbon nanotube field emission triode
- 주제(키워드) 질량분석기
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 양상식
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000012410
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문은 탄소나노튜브 전자 방출원을 이용한 삼극관 구조의 이온화원을 갖는 초소형 질량분석기의 제작과 실험에 관한 것이다. 기존에 연구되었던 열전자 방식의 전자 방출원은 방출되는 전자의 양과 방출원의 수명에 있어서 단점이 발견됐다. 이것을 기계적, 전기적, 화학적 특성이 우수하고 긴 수명과 강한 내구성을 가지며 전계방출 특성이 뛰어난 탄소나노튜브로 대체하면 큰 방출 전류를 얻을 수 있다. 제작한 초소형 질량 분석기는 상판, 중간판, 하판 그리고 스페이서로 구성되어 있다. 상판에는 이온 분리기로서 생성된 이온이 비행 시간에 따라 질량 대 전하비(mass-to-charge ratio)로 분석되는 비행 시간차(time-of-flight) 방식에 필요한 전극을 제작한다. 중간판에는 게이트 전극과 탄소나노튜브로부터 방출된 전자들이 이온화 영역으로 진입하기 위하여 통과하는 구멍들로 이루어져 있다. 하판에는 전자 방출원으로서 고농도 도핑된 실리콘 웨이퍼에 탄소나노튜브를 성장하여 제작하며, 스페이서는 탄소나노튜브와 게이트 전극간 간격을 일정하게 유지하기 위하여 사용된다. 제작된 초소형 질량분석기는 8 × 7.3 × 1.875 mm3 의 크기를 가진다. 전계 방출 실험과 이온 전류 측정을 통해 이온화원의 동작 특성을 확인하고 검출부에 MCP를 연결해 질량 스펙트럼을 측정함으로서 질량분석기로서 동작을 확인한다.
more초록/요약
This paper reports the fabrication and the experiment of a micro time-of-flight mass spectrometer (μ-TOF MS) with carbon nanotube (CNT) emitter. The μ-TOF MS described herein has four layers: anode and mass separator, gate, spacer, and cathode layers. In this field emitter, electrons are produced from CNT arrays by the electric field between the cathode and the gate. These electrons move to the anode and then ionize the gas between the repeller and the first acceleration electrode. The ions generated by electron impact ionization are accelerated toward an analyzer and sorted by the electric field formed by the repeller and the acceleration electrodes. The total device size of the fabricated TOF-MS is 8 × 7.3 × 1.875 mm3. Through the characteristic test of field emission ion source and mass spectrum, we confirmed that the fabricated device operates as a mass spectrometer.
more목차
제 1 장 서 론 1
제 2 장 초소형 질량 분석기의 원리 5
2.1 탄소 나노 튜브를 이용한 전자 방출원 5
2.2 비행 시간차 질량 분석법 8
제 3 장 초소형 질량 분석기의 구조 11
제 4 장 초소형 질량 분석기의 제작 14
제 5 장 초소형 질량분석기의 동작 특성 측정 23
5.1 이온화원의 전계방출 동작 특성 27
5.2 이온화원의 동작 특성 37
5.3 MCP를 이용한 초소형 질량 분석기의 질량 분석 스펙트럼 측정 39
제 6 장 결 론 41
참 고 문 헌 42
