In situ liquid electron microscopy enables the real time visualization of reaction in nature. Unfortunately, the dominance in high spatial resolution of transmission electron microscopy (TEM) is distracted by the limitation of electron dose and scatter from thick specimen. Herein this dissertation, weak point of current liquid electron microscopy is studied to break through the innate limit. In specific, to increase the electron dose limit at the vulnerable liquid containing subject, radical scavenging property of graphene at liquid cell is studied. It is proven that target sustains functionality at least of 100-fold higher electron dose compared to the inert silicon nitride based liquid cells at the graphene encapsulated liquid cells. Further, from the calculation, liquid-flowing graphene-cell (LFGC) having optimal liquid thickness of 100 nm for atomic resolution image is implemented with MEMS fabrication techniques. Fabricated device is capable of imaging dynamic particles at 1.47 Å of spatial reactions. Also, the new concept of operando heating electron microscopy platform for high-resolution imaging of etching narrow silicon pattern is designed and more potential application is suggested.
액상 실시간 전자현미경 기술은 자연계에서 일어나는 여러 가지 반응을 실시간으로 관찰이 가능케 하는 기술이다. 하지만 고체 상태의 시료에 비해 상대적으로 전자 조사량 한계나 두꺼운 시료로 부터 오는 손실 등에 의해 투과전자현미경 본연의 장점인 원자분해능의 이미징은 불가능한 실정이다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해, 고상 시편에 비해 전자 빔에 취약한 액상 시료를 더욱 안정적으로 수용할 수 있는 봉입 물질로써 그래핀의 특성을 연구하여, 그래핀 액상 셀은 질화막 기반 액상 셀에 비해 대략 100배 정도의 높은 전자 조사 허용치를 갖음을 증명하였다. 또한 액상 셀 시스템에서, 원자단위의 공간분해능을 달성하기 위해서 100 nm 수준의 두께를 가지는 액상 유동 셀을 제작하였으며, 약 1.47 Å의 해상력을 갖는 소자를 제시하였다. 이를 활용하여 액상 시료를 가열하여 반응을 촉진시키는 소자를 개발하였고, 좁은 공간 내부에서 일어나는 실리콘 나노 구조의 식각 과정을 실시간으로 규명할 수 있는 소자를 개발하였다.
