EBSD 시뮬레이션¶

EBSD 시뮬레이터는 주사전자현미경(SEM)에서 얻어지는 전자후방산란회절(EBSD) 패턴 — 키쿠치 패턴 — 을 동역학 이론 계산으로 시뮬레이션합니다. 몬테카를로 시뮬레이션으로 후방산란 전자(BSE)의 각도/에너지/깊이 분포를 계산하고, 결정의 동역학적(블로흐파) master pattern을 구성한 뒤, 현재 결정 방위에 대해 이를 검출기에 투영합니다. 실험으로 얻은 EBSD 이미지를 불러와 지수를 결정할 수도 있습니다. 그 이미지를 가장 잘 설명하는 방위가 자동으로 탐색됩니다(실험 이미지).

창은 세 개의 열로 구성되어 있습니다.

왼쪽 : 시뮬레이션 조건. 탭으로 기하구조(시료/검출기 기하학 및 3D 보기), BSE 분포(후방산란 전자 분포), 오버레이(키쿠치 선 및 기타 주석)를 선택합니다.
가운데 : 현재 결정 방위에 대한 EBSD(키쿠치) 패턴. 그 아래의 탭으로 출력 매개변수와 실험 이미지를 선택합니다.
오른쪽 : 방위에 무관한 master pattern(2D 및 3D 탭).

아래쪽 상태 표시줄에는 실행 중인 계산의 진행 상황과 결과 요약이 표시됩니다.

키보드 및 마우스 단축키¶

가운데의 EBSD(키쿠치) 패턴과 오른쪽의 master pattern 보기는 서로 다른 마우스 동작에 반응합니다.

단축키	동작
`F1`	온라인 매뉴얼의 이 페이지를 엽니다
패턴의 중심 부근을 왼쪽 드래그	결정을 기울입니다
패턴의 바깥쪽 영역을 왼쪽 드래그	결정을 회전시킵니다
패턴을 더블 클릭	커서 아래의 검출기 하위 셀을 선택하고 통계를 표시합니다
이미지 파일을 창에 놓기	실험 EBSD 이미지로 불러옵니다
3D 보기(기하학 / master 구)를 왼쪽 드래그	회전
3D 보기에서 오른쪽 드래그 또는 마우스 휠	확대/축소
`CTRL` + 3D 보기에서 오른쪽 더블 클릭	정사영 / 원근 전환
2D master pattern에서 드래그 / 휠	이미지 이동 / 확대·축소

3D 보기는 ReciPro의 표준 보기 탐색을 사용합니다(이동은 비활성화).

→ 모든 창을 한눈에 보려면 21. 키보드 및 마우스 단축키를 참조하세요.

작업 흐름¶

마스터 패턴 생성을 누르면 다음 단계가 순서대로 실행됩니다.

몬테카를로 BSE 시뮬레이션 : 현재 결정 조성, 밀도, 가속 전압 및 시료 기울기를 사용하여 약 250만 개의 전자를 시료 내부에서 추적합니다(탄성 산란: Mott/NIST 단면적; 비탄성 산란: 유전 응답 모델). 이로부터 후방산란 전자의 침투 깊이 × 출사 방향 × 출사 에너지 의 결합 분포가 얻어집니다.
자동 범위 선택 : 그 분포로부터 동역학 계산에 사용되는 에너지 범위(입사 에너지에서 에너지 손실의 약 80 백분위까지)와 깊이 범위(침투 깊이의 약 99 백분위까지)가 자동으로 설정됩니다.
master pattern 구성 : 각 에너지와 깊이에 대해 동역학적 회절(블로흐파) 문제를 풀고 방향의 구 위에서 적분하며, 몬테카를로 분포로 가중하여 모든 방향에 대한 후방산란 회절 강도를 구합니다. 결과는 등면적(Rosca–Lambert) 격자에 저장됩니다.
가중을 적용한 검출기 투영 : 현재 결정 방위에 대해, 각 검출기 픽셀이 대하는 방향의 강도를 master pattern에서 조회하여 키쿠치 패턴으로 그리며, 선택적으로 BSE 각도/에너지 분포로 가중합니다.

에너지와 깊이 범위는 1–2단계에서 자동으로 설정되지만, 구성 전에 수동으로 조정할 수 있습니다.

기하구조¶

SEM & 시료 조건¶

Energy : 입사빔의 가속 전압(keV).
Wavelength : 전자 파장, Energy와 연동됩니다. Unit 으로 Å 또는 nm를 선택합니다.
시료 기울기 : 시료 기울기 각도(일반적으로 −70°). EBSD에서의 큰 기울기는 후방산란 전자 수율을 증가시킵니다.

EBSD 기하구조¶

검출기(형광 스크린)는 픽셀 수와 픽셀 크기로 정의되는 직사각형입니다.

크기 및 기울기 : Tilt 는 검출기 면의 기울기(°)이고, Width·Height 는 검출기의 픽셀 수입니다.
해상도 : 검출기 1픽셀의 물리적 크기(mm/px). 따라서 검출기의 물리적 크기는 Width × 해상도, Height × 해상도가 됩니다.
검출기 중심 좌표 : 빔 충돌 지점을 기준으로 한 검출기 중심의 위치 X·Y·Z(mm). Y와 Z는 기울기와 함께 카메라 길이를 결정하며, X는 좌우 방향의 어긋남입니다.

실험 이미지를 불러오면 검출기 1픽셀이 이미지 1픽셀에 대응하도록 Width·Height 가 이미지 크기에 맞춰집니다(해상도 는 변경되지 않습니다).

기하학은 기하구조 탭의 3D 보기에서 확인할 수 있습니다.

회색 판은 시료, 녹색 직사각형 판은 검출기, 보라색 +Z (=beam)은 입사빔입니다. (시료에 고정된) 결정 a / b / c 축도 함께 표시됩니다. 조감도, 표면 법선, X축 (회전축) 및 Z축 (빔 방향) 버튼은 보기를 표준 방향으로 맞춥니다. 좌표계 정의는 부록 A1. 좌표계를 참조하세요.

BSE 분포¶

BSE 분포 탭은 몬테카를로 후방산란 전자 분포를 표시합니다. 시뮬레이션을 사용하여 다시 계산합니다.

Stereonet : 후방산란 전자의 각도 분포(출사 방향의 히스토그램). 중심은 표면 법선 방향이며, 노란색 윤곽선은 검출기가 대하는 직사각형 영역을 표시합니다. 축 그리기는 결정 축을 겹쳐 표시하며, 색상 스케일(Min / Max, Resolution, 색)을 조정할 수 있습니다.
ΔE (keV) : 후방산란 전자의 에너지 손실 분포.
깊이 (nm) : 검출된 후방산란 전자가 마지막으로 비탄성 산란을 일으킨 깊이의 분포로, master pattern을 가중할 때 쓰는 깊이와 같은 정의입니다.

이 분포들은 전자 궤적과 동일한 몬테카를로 엔진으로 계산되며, master pattern을 가중하는 데 사용됩니다.

오버레이¶

오버레이 탭은 EBSD 패턴 위에 그려지는 주석을 설정합니다.

Background color : 배경 색상.
검출기 윤곽 : 검출기 윤곽선. 테두리 표시(검출기 가장자리의 노란색 직사각형) / 메시 표시(분할 격자).
기쿠치 선 표시 : 키쿠치 선을 그립니다. 선 너비 / 색, 그리고 구조 인자를 기쿠치 선 강도에 적용(각 선이 구조 인자에 비례하여 배경색으로 흐려집니다).
기쿠치 선 기준 : 어떤 키쿠치 선을 그릴지: 구조 인자(구조 인자 기준 Top N 개) 또는 1/d 컷오프(1/d가 임계값 미만인 것, nm⁻¹).
기쿠치 선 지수 표시 : 키쿠치 선(밴드)의 지수를 표시합니다.
정대축 지수 표시 : 정대축 지수를 표시합니다.
텍스트 설정 : 지수 레이블의 텍스트 크기 / 색.

Master pattern¶

master pattern은 모든 방향에 걸친 후방산란 회절 강도로, 마스터 패턴 생성을 통해 동역학 이론으로 미리 계산됩니다(정지 로 실행 중인 계산을 중단할 수 있습니다).

2D 탭 : 반구의 등면적(Lambert) 투영. 반구는 투영할 반구(+Z / −Z)를 선택합니다.
3D 탭 : 강도가 매핑된 구. 마우스로 회전할 수 있으며, 오른쪽 위의 삽입 화면에 동기화된 결정 축(a/b/c)이 표시됩니다. 축 레이블 / 축 화살표는 레이블/화살표를 토글하며, 축 방향 보기는 옆에 입력한 정대축 [u v w]을 따라 내려다봅니다.
Energy / Depth 슬라이더 : 미리 볼 에너지/깊이 슬라이스를 선택합니다.
어느 보기든 복사로 클립보드에 보낼 수 있습니다.

동역학적 시뮬레이션 매개변수¶

회절파 개수 : 블로흐파 계산에 포함되는 회절 빔(파동)의 수. 파동이 많을수록 정확하지만 느립니다.
격자 : master pattern 격자의 해상도(기본값 256).
Energy from … to … with step of … : 적분되는 에너지 범위 및 스텝(keV); 몬테카를로 결과로부터 자동으로 설정됩니다.
Thickness from … to … with step of … : 적분되는 깊이 범위 및 스텝(nm); 마찬가지로 자동으로 설정됩니다.
비국소 흡수 모델 사용 : 비국소 흡수 모델을 사용합니다.
TDS 배경 포함 : 열 확산 산란(TDS) 배경을 포함합니다.

EBSD 패턴¶

가운데 패널은 현재 결정 방위에 대한 EBSD(키쿠치 밴드) 패턴을 표시합니다. 패턴 위쪽의 막대에서 무엇을 그릴지와 복사 방법을 지정합니다.

동역학적 EBSD : 구성된 master pattern을 검출기에 투영합니다. 해제하면 배경만 남습니다.
오버레이 : 오버레이 탭에서 설정한 키쿠치 선·지수·검출기 윤곽을 겹쳐 그립니다.
실험 이미지 : 불러온 실험 이미지를 겹쳐 표시합니다(아래 참조).
좌우 반전 : 패턴과 모든 오버레이를 좌우로 반전합니다. 해제 상태(기본값)는 검출기에서 시료를 바라보는 방향, 즉 EBSD 카메라가 기록하는 자연스러운 이미지입니다. 실험 이미지의 좌우가 반대일 때만 체크하세요.
Resolution(mm/px)·Size (W×H)(px) : 표시 보기의 해상도와 크기.
복사 : 옆에서 선택한 범위·형식으로 패턴을 클립보드에 복사합니다.
현재 보기는 이동·확대한 그대로의 표시 범위를, 검출기는 검출기 영역만 복사합니다(후자에서는 노란색 테두리가 포함되지 않아 이미지가 검출기 가장자리에서 정확히 끝납니다).
emf는 확장 메타파일로 복사하여 키쿠치 선과 지수 레이블을 벡터로 유지하고, bmp는 전체를 래스터화합니다.
검출기 해상도에 맞춤은 이미지 1픽셀 = 검출기 1픽셀로 복사합니다(긴 변은 4096 px로 제한). 해제하면 화면 해상도가 사용됩니다.

출력 매개변수¶

BSE 각도/에너지 분포와 함께 이미지 표시 : 체크하면 단일 슬라이스 대신 BSE 분포(에너지, 깊이, 방향)로 가중하여 패턴을 합성합니다.
Energy / Depth : 위 항목이 꺼져 있을 때 표시할 에너지/깊이 슬라이스를 선택합니다.
밝기(최소 / 최대), 극성, 색 : 밝기 범위, 극성, 색상 스케일.

실험 이미지¶

EBSD 이미지 파일(TIFF·PNG·BMP·JPEG. 16비트 TIFF는 비트 심도를 유지한 채 읽습니다)을 창 위에 놓으면 실험 패턴으로 불러옵니다. 이미지는 검출기 영역에, 시뮬레이션 패턴의 위·키쿠치 선 오버레이의 아래에 그려지므로 시뮬레이션과 실측을 직접 비교할 수 있습니다. 불러올 때 검출기의 Width·Height 도 이미지 크기에 맞춰집니다.

밝기(최소 / 최대) : 겹친 실험 이미지의 흑·백 레벨을 그 이미지 자체의 강도 범위에 대한 비율로 설정합니다(슬라이더는 로그). 시뮬레이션 패턴이 아니라 실험 이미지에만 작용합니다.
불투명도 : 겹친 실험 이미지의 불투명도(0 = 투명 ~ 100 % = 불투명). 낮추면 아래의 시뮬레이션 패턴이 보입니다.

이미지를 설명하는 방위는 두 가지 엔진 중 하나로 탐색합니다.

라돈 탐색 : 실험 이미지의 라돈 변환(직선 검출) 맵에 운동학적 키쿠치 밴드 템플릿을 대조하여 방위를 탐색합니다. master pattern 없이도 동작하며, 있을 경우 시뮬레이션 패턴과의 robust ZNCC(평균을 제거한 정규화 상호상관)로 후보를 다시 순위 매깁니다.
사전 탐색 : 동역학 master pattern에서 모든 방위의 사전 패턴을 생성하여 robust ZNCC로 전수 비교합니다. master pattern이 필요하고 몇 초가 걸리지만 라돈 탐색보다 확실합니다.

방위 후보 탐색은 선택한 엔진을 실행하여 좋은 순으로 최대 10개의 후보를 나열합니다. master pattern이 있으면 최상위 후보는 ±0.25°까지 정밀화됩니다. 열의 의미는 다음과 같습니다.

열	의미
#	순위(0이 최상)
Score	라돈 밴드 증거의 z 값
Bands	일치한 밴드 수 / 시야 내 예측 밴드 수
ZNCC	시뮬레이션 패턴과의 상관
Strong bands (hkl)	일치한 밴드의 지수(라돈 탐색 전용)

행을 클릭하면 그 방위가 프로그램 전체에 적용되어, 시뮬레이션 패턴이 실험 이미지 위에 다시 그려지고 다른 창의 결정 방위도 함께 따라갑니다.

기하 보정은 검출기 기하(패턴 센터 PC와 검출기 거리 DD)를 방위와 번갈아 최적화하여 시뮬레이션과 실험 패턴의 ZNCC를 최대화합니다. master pattern이 필요하며, 검출기 기울기는 고정한 채 결과를 검출기 중심 좌표 의 X/Y/Z 칸에 되돌려 씁니다. SEM의 빔 주사에 의한 패턴 센터 이동은 1 mm 미만이므로, 보통 실험 시작 시 한 번 보정하면 일련의 이미지에 그대로 사용할 수 있습니다.

함께 보기¶

전자 궤적 — 각도/에너지/깊이 가중에 사용되는 몬테카를로 전자 궤적 / BSE 시뮬레이션.
회절 시뮬레이터 — 동역학적(블로흐파) 전자 회절.
부록 A1. 좌표계 — 시료/검출기 좌표계의 정의.