레이저 어블레이션(이하 LA)은 시료 표면에 레이저를 집광하여 분석시료표면에 집광된 영역으로부터 물질을 제거하는 과정입니다. 레이저 어블레이션은 나노물질 생산, 금속 또는 유전체 박막의 증착, 초전도 물질의 제조, 금속 부품의 일반적인 용접 및 접합, MEMS 구조의 미세가공과 같은 다양한 기술에 응용되어 연구, 사용되고 있습니다. 최근 레이저 어블레이션은 태양 전지(c-Si)분야의 Edge isolation을 위한 제조 공정뿐만 아니라 Display 패널에서의 초박막층의 분석에서도 널리 사용되고 있습니다.
레이저 어블레이션은 화학 분석을 수행하기 위한 하나의 기술방식입니다. LA는 분석시료 표면에서 밝은 플라즈마를 생성합니다. 주기율표 내 원소의 정성 및 정량을 확인하기 위해서 이 플라즈마로부터 방출된 빛을 분석할 수 있습니다. 이것이 LIBS라는 기술입니다. 또한 LA는 ICP-MS 분석(LA-ICP-MS)을 위한 2차 분석물질로 손쉽게 전달할 수 있는 미립자를 만들어냅니다.
LIBS 및 LA-ICP-MS와 같은 레이저 어블레이션을 기반으로 하는 분석방법들은 유독성 산성 용액을 사용하고, 지루하고 복잡한 시료 준비 없이 고체형 시료(solid sample)로부터 직접적으로 빠르게 화학적 분석을 수행할 수 있습니다. 따라서, LIBS와 레이저 어블레이션을 사용하는 분석은 환경친화적 (소위 “녹색”) 화학 분석을 실천하는 첫걸음입니다.
Craters produced on Tuff rock samples by laser ablation:
both LIBS and LA-ICP-MS are capable of performing
micro-analysis on geological samples.
레이저 어블레이션은 다소 복잡하고, 비선형적인 물리/화학적 메커니즘을 수반합니다. 이러한 메커니즘들은 다음과 같습니다:
- 분석시료표면에서 집광된 레이저 에너지(10-15 초)의 광전자 흡수
- 초기 들뜬 전자로부터 양자로의 에너지 전달 (10-12 초)
- 분석시료표면의 가열 및 이에 따른 시료질량의 기화 (10-10 to 10-9 초)
- 분석시료표면 상에서 고온의 플라즈마 생성
- 고밀도 플라즈마(dense plasma)의 확대 및 주위환경에 대한 충격파(외부 및 내부)의 전파
- 플라스마 냉각 및 나노크기입자의 응집과 응집군(덩어리) 형성
- 상폭발(Phase explosion) 및 상대적으로 큰 입자의 방출 (>10-6 초 미만)
- 분석시료로부터 생성된 입자방출
레이저의 다양한 환경인자(parameter : 파장, 펄스 지속시간 등), 시료의 물리적/화학적 특성 및 주변 기체는 위에 설명된 다양한 메커니즘에 영향을 줍니다. 이것은 대개 생성된 플라즈마의 광학적/물리적 특성, 질량 제거에 대한 1차 및 2차 메커니즘, 제거된 입자 크기 분포를 결정합니다. 따라서 레이저 어블레이션의 핵심 원리에 대한 철저한 이해를 바탕으로 적절한 레이저 parameter를 선택하는 것은 결국 LIBS와 LA-ICP-MS를 사용하여 정확하고 정밀한 측정을 실시하기 위한 중요한 전제조건이 됩니다.
어플라이드 스펙트라의 연구진은 레이저 어블레이션의 핵심 원리와 분석 기법에 관련하여 10년이상의 연구 경험을 갖고 있습니다. 따라서 저희는 언제든 기꺼이 고객에게 기술적인 자문을 제공하도록 최선을 다할 것 입니다. 레이저 어블레이션을 활용한 귀하의 화학적 분석의 단순화와 연구 및 제조에 관련된 문제 해결 방식이 궁금하시다면, 언제든 저희에게 연락 주시기 바랍니다.