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나노기술에서 가시화의 중요성 이광렬, 이승철 미래기술본부 전산모사팀 2005 년 8 월 26 일.

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1 나노기술에서 가시화의 중요성 이광렬, 이승철 미래기술본부 전산모사팀 2005 년 8 월 26 일

2 What is Observation? 어떤 현상을 오감을 통해 인지하는 것. – 五感 (Sensing) : Natural Phenomena (physics) – 認知 (Recognition) : Brain’s Job (human factor) 재료과학 – 재료과학 = 미세조직의 과학

3 Material Science 대장간, 김홍도 Skill Science 김도근 외, KIST 내부자료 Materials Science = Science of Microstructure

4 Optical Microscope Advent of “Materials Science(Microstructure)”

5 Electron Microscope 1895 W. Roentgen( 독일 ) 이 X-ray 발견 1897 Sir J. J. Thomson( 독일 ) 이 Electron 발견 1924 Louis de Broglie( 프랑스 ) 가 전자파동설 제안 1926 Hans Busch 가 전자에 대한 자계의 렌즈작용 이론화 1931 Max Knoll & Ernst Ruska 의 TEM 발명 (×17.4) 1933 대물렌즈에 pole piece 적용 (12,000x) 1938 집속렌즈, 대물렌즈에 pole piece, 투사렌즈, 사진판, 시료방의 사전배기장치 (80,000x) 단 집속렌즈를 도입하여 시료에 대한 열영향 방지 (100,000x) Si 3 N 4

6 Scanning Probe Microscope Si (111) Fe on Cu (111)

7 Again:What is Observation? Si 3 N 4 Si (111) Are we observing real Nature?

8 Atomistic Simulation New Tools for Nanotechnology Time Evolution of R i and v i i Empirical Approach First Principle Approach Interatomic Potentials

9 Hierarchy of Computer Simulation Fundamental Models - First Principle Calculation - Quantum Monte Carlo Atomic Level Simulation - Atomistic Monte Carlo - Classical MD Engineering Design ns fs ss ms ps min TIME DISTANCE 1A10A100A 1m1m 1mm Continuum Models - FEM/FDM - Mesoscale Monte Carlo - Phase Field Theory

10 Electronic Structure Schrödinger Eq.

11 Atomic Scale Simulation Time Evolution of R i and v i i Empirical Approach First Principle Approach Interatomic Potentials

12 Massive Parallel Computation Sandia National Lab. Beowulf CALTECH Alpha Los Alamos National Lab.

13 KIST Supercomputer: Grand 1024 Xeon CPUs, 3.0 Tera Flops

14 Empirical MD –Number of atoms has doubled every 19 months. –864 atoms in 1964 (A. Rahman) –6.44 billion atoms in ’2000 First Principle MD –Number of atoms has doubled every 12 months. –8 atoms in 1985 (R. Car & M. Parrinello) –111,000 atoms in ’2000 Moor’s Law in Atomistic Simulation

15 Nanotechnology

16 Size Matters!: Nanotechnology Atomic Orbitals N=1 Molecules N=2 Clusters N=10 Q-Size Particles N=2,000 Semiconductor N>>2,000 h Energy h Conduction Band Valence Band Vacuum CdSe Nanoparticles Smaller Size

17 Scale Down: Nanotechnology 2~4nm 0.13  m 10 nm Kinetics based on continuum media hypothesis is not sufficient.

18 Nanoscience or Nanotechnology 현상을 원자 ∙ 분자 단위에서 규명하고 제어하여, 구성 원자 및 분자들을 적절히 분산 결합 시킴으로써 새로운 물성의 재료 / 소자를 창출하는 기술 Needs Atomic Scale Understandings on the Structure, the Kinetics and the Properties Needs Atomic Scale Understandings on the Structure, the Kinetics and the Properties

19 Insufficient Experimental Tools

20 Synthesis & Manipulation Modeling & Simulation Modeling & Simulation Analysis & Characterization Analysis & Characterization Methodology of Nano-R&D

21 Atomic Scale Simulation of Interfacial Intermixing during Low Temperature Deposition in Co-Al System

22 Magnetic RAM (MRAM) 1 nm Properties of MRAM are largely depends on the Interface Structures of Metal/Metal or Metal/Insulator Controlling & Understanding The atomic behavior at the interface are fundamental to improve the performance of the nano-devices!

23 Thin Film Deposition Cobalt on Al(001) Substrate Aluminum on Co(001) Substrate

24 Thin Film Deposition Aluminum Thin Film on Co (001) Surface 3ML Al on Co(001) Cobalt Thin Film on Co (001) Surface 3ML Co on Al(001)

25 Cobalt-Alumimum Thin Films Structure Evolution due to Ion Beam Incident Energy 0.1  3.0 eV 0.1 eV

26 Metal Cluster Deposition 1.0 eV Co Cluster on Al(001) Al Substrate Only Displayed Co Cluster Only Displayed

27 Amorphous Carbon Bond Coordination Potential Energy

28 Amorphous Carbon Simulation Thin FilmBond Coord.Kinetic EnergyStress

29 Nano TCAD using computer simulations to develop and optimize semiconductor processing technologies and devices 공정모델링 + 소자모델링 using computer simulations to develop and optimize semiconductor processing technologies and devices 공정모델링 + 소자모델링 공정모사소자구조 정의 소자 모사 소자 특성

30 2~4nm 0.13  m 10 nm 1. 원자 규모에서의 계면 구조 형성거동 2. 계면 구조의 변화에 따른 소자 특성 변화 1. 원자 규모에서의 계면 구조 형성거동 2. 계면 구조의 변화에 따른 소자 특성 변화 CMOS FET

31 대규모 MD/MC 전산모사 기술10 억 개 입자로 구성된 계의 거동을 해석하기 위한 대규모 MD/MC 전산모사 기술 대규모 가시화 기술10 억 개 입자로 구성된 계의 거동을 관찰하기 위한 대규모 가시화 기술 나노 CMOS FET 모사를 위한 차세대 TCAD 의 prototype 구현 나노 CMOS FET 모사를 위한 차세대 TCAD 의 prototype 구현 계면의 원자구조에 따른 소자특성 해석 System Required

32 High computing power at low cost High performance visualization tools Requirements for NT

33 Virtual Reality & Visualization

34 감사합니다.

35


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