[Optical Microscope] 광학현미경으로 MoS2 monolayer 찾기

양양~Jista입니다!

 

얼마전 약속드렸던 광학현미경으로 MoS2 monolayer sample찾기 포스팅을 들고왔습니다.

요즘 맨날 이것만 하고있어서 금방금방 포스팅하게 되더라구요.

 

이전 포스팅 :

MoS2를 그래핀처럼 테이프로 떼서 monolayer 만들기 및 SiO2에 증착하기

MoS2를 그래핀처럼 테이프로 떼서 monolayer 만들기 및 SiO2에 증착하기

 

기본적인 설명

우리가 열심히 테이프를 붙였다 뗐다 한 이유는 monolayer를 얻기 위해서였습니다.

 

그렇다면 monolayer가 있는지 없는지는 어떻게 알까요? HRTEM이나 raman 분석법으로 알 수 있습니다.

하지만 이 방법들은 너무나도 느립니다. 애초에 저 수많은 조각들 중에서 어디에 monolayer가 있는지 알고 위 방법을 쓰겠어요.

그래서 공학도들이 찾은 방법은 광학현미경, optical microscope입니다.

 

90nm SiO2나 285nm SiO2 위에 MoS2를 증착하면, 광학현미경만으로도 간단히 MoS2가 몇층인지 알 수 있습니다.

광학현미경으로 볼 때 MoS2가 두껍다면 빛이 반사돼서 밝을것입니다.

하지만 MoS2가 얇다면 셀로판지마냥 빛이 투과돼서 투명하고, 바닥의 색깔이 보일 것 입니다.

(이것은 아래에서 보여드리겠습니다.)

 

90nm나 285nm는 MoS2의 층(두께)을 구분하기 좋은 진한색을 가지고 있습니다.

그래서 위 두께의 SiO2/Si가 필요합니다.

 

 

 

유튜브 영상을 찍어봤습니다.

글로만 보면 이해가 잘 안되니 영상을 참고해주세요. 구독 눌러주시면 감사ㅎㅎ

 

Optical Microscope를 보자

 

 

먼저 광학현미경의 전체적인 모습입니다.

다른 비싼 기기들에 비해 상대적으로 작은 기기입니다. 이 기기로 1000배까지 확대하여 볼 수 있고, 컴퓨터와 연결되어있어 컴퓨터로 샘플의 표면을 볼 수 있습니다.

 

사용료는 30분에 5000원으로 저렴한 편이고, 웬만한 연구실들은 자체 광학현미경을 가지고 있습니다.

저희는 좋은 기기가 필요해서 돈내고 쓰는 중입니다ㅋㅋㅋ.

 

 

 

먼저 광학현미경이기에 빔을 켜줘야합니다. 왼쪽에 on/off 버튼이 있고 오른쪽 휠은 빔의 세기를 조절합니다.

on 버튼을 눌러서 빔을 켜주고, 빔의 세기를 적당히 조절해주면 됩니다.

 

 

 

 

그 뒤, 샘플을 왼쪽 위와 같이 올려두고 위치를 움직여주세요.

손으로 움직이면 우리가 원하는 만큼 미세조정이 안되지만, 저 봉을 이용하면 동서남북으로 위치의 미세조정이 가능합니다. 두 개의 휠이 있는데, x축과 y축 조정을 뜻합니다.

 

 

 

 

이것은 대물렌즈입니다. 5배에서 100배까지 확대가 가능하구요. 5배, 10배, 20배, 50배, 100배가 있습니다.

저기 숫자x 라고 적힌 것은 몇배율인지를 뜻합니다. 50x는 50배입니다.

 

 

보통 5x에서 샘플의 전체적인 표면을 보고 10배로 좀 더 확대해서 보고싶은 부분을 찾습니다. 그 뒤 보고싶은 부분을 20배, 50배 순으로 점점 확대합니다.

 

 

 

 

배율이 커질수록 빔 사이즈가 작아지구요. 빔의 크기만큼만 보입니다. 빛이 있어야 샘플표면이 보이니깐요 ㅋㅋㅋ빛이 닿는 부분만 보여요. 저배율이면 넓게 보이잖아요. 빔의 크기가 커서 그렇습니다.

 

 

배율을 바꿔줄 때마다 초점을 다시 맞춰야합니다.

초점을 쉽게 맞추기 위해서 낮은 배율의 초점을 먼저 맞추는 것이 좋습니다.

 

 

 

 

광학현미경에서 왼쪽 아래에 달린 높이조절기입니다. 정확한 이름은 잘 모르겠어요.

아주 미세하게 높이를 조절해서 초점을 맞춥니다.

 

초점의 개념은 카메라를 생각하시면 쉽습니다. 물론 요즘은 스마트폰에서 자동으로 초점을 맞춰줍니다. 그러나 수동방식의 카메라는 카메라렌즈로부터 상이 얼마나 떨어져있는지 수동으로 맞춰줘야합니다.

 

 

 

 

 

위 그림처럼 빛이 모이는 곳에 샘플이 있다면, 초점이 잘 맞아 샘플이 확대되어 잘 보입니다.

하지만 샘플의 높이가 높아 빛이 덜 모인 곳에 샘플이 있다면, 초점이 안맞아 흐릿하게 보입니다.

샘플의 높이는 미세높이조절기로 조절해서 초점을 맞춰줍니다.

 

 

 

 

마지막으로 우리 눈에 접하는 렌즈, 접안렌즈입니다.

기본적으로 10배의 배율을 갖고있기에 대물렌즈로 확대된 상을 또 10배 확대해서 보여줍니다.

쌍원경처럼 두개의 렌즈가 있지만 보통 한쪽으로만 봅니다.

 

두 쪽 동시에 보면 안보이거든요.

 

실제로 보는 샘플

 

 

실제 눈으로 보는 샘플의 모습입니다.

저희는 테이프로 뗐다 붙였다해서 MoS2를 얇은 층으로 나누고, 최종적으로 SiO2위에 MoS2를 붙였습니다.

저 초록색 구토물같이 보이는 것은 테이프 찐득이입니다.

 

저 물질 때문에 테이프가 접착성을 가지고 있는 거였어요. 저도 실제로는 처음보네요 ㅋㅋㅋㅋ

 

 

 

 

여러 샘플들 중에서 monolayer로 추정되는 녀석입니다.

1000배율로 찍었구요. 밝지않고 조금 어두운, 투명해보이는 sample이 보이시나요?

저게 아마 1~2층 정도로 생각됩니다. 정확한 건 raman spectroscopy로 찍어봐야 압니다.

 

그 외의 노랑색으로 밝은 친구들은 두꺼워서 광학현미경의 빔때문에 밝은 녀석입니다.

두꺼운 친구들은 두껍기때문에 빛이 투과되지 않고, 반사되어서 밝아보입니다.

하지만 얇은 친구들은 빛이 투과할 수 있을 정도로 얇기 때문에 투명해보입니다.

 

 

결론

아마 광학현미경을 처음 보시는 분들은 글로만 봐서는 이해가 쉽지 않을 겁니다.

그래서 위쪽에 영상을 찍은 뒤 업로드했으니, 참고해주시면 감사하겠습니다.

 

영상속에서는 글로 설명하기 힘든 부분들, 실시간으로 컴퓨터에 표시되는 샘플의 모습이라던가 작동 방법등을 담아봤습니다. 나름 쉽게 설명해봤는데 도움이 됐으면 좋겠네요 ㅋㅋㅋ궁금한 점 있으시면 댓글 달아주세요.