• Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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• 2004.04a
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• pp.487-489
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• 2004

마이크로 사이즈 공음극 플라즈마 전극에 대한 제작 및 방전 실험을 진행하였다. 방전 전극은 200~500 um의 hole 형상을 제작하였으며 70~850 torr He 분위기에서 방전 실험하였다. 실험 샘플은 막힌 공음극 형상과, 관통된 공음극 두가지 형상을 실험하였다. 마이크로 공음극 플라즈마의 공음극 크기에 따른 결과에서 사이즈가 작을수록 총 전류 값은 낮아지나, 전류 밀도는 증가하였다. 막힌 공음극에서는 양저항 특성을, 관통된 공음극에서는 부저항 결과를 얻었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.1350-1351
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• 2008

대기압 플라즈마를 발생시키는 것은 종래의 저기압 플라즈마를 발생시키는 것 보다 대단히 어렵다. 하지만, 대기압 플라즈마는 진공장치가 필요 없고, 제작방식이 비교적 간편하며 살균, 의료, 표면처리 등 다양한 응용이 가능해서 그 잠재력이 매우 크다. 본 연구에서는 유전체가 없는 두 전극사이에서 대기압 저온 마이크로 플라즈마를 발생시켰으며, submicrosecond pulse 파형으로 glow discharge를 유지할 수 있었다. 플라즈마 소스의 전극 간격은 200[${\mu}m$]이고 방전개시전압은 약 450${\sim}$600[V]이다. 플라즈마를 발생시키기 위한 feeding gas는 He 100%이다. 본 연구에서 개발된 대기압 플라즈마는 소비전력이 2[W]미만으로 온도는 조건에 따라 40$^{\circ}C$미만으로 발생 가능하다. 또한 스펙트럼 분석 시 777nm인 산소원자의 peak이 다른 원자 혹은 분자들의 peak보다 월등히 높다.

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.22 no.5 s.170
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• pp.175-180
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• 2005

The application of focused ion beam (FIB) technology in micro/nano machining has become increasingly popular. Its use in micro/nano machining has advantages over contemporary photolithography or other micro/nano machining technologies such as small feature resolution, the ability to process without masks and being accommodating for a variety of materials and geometries. In this research, fabrication of micro plasma electrode was carried out using FIB. The one of problems of FIB-sputtering is the redeposition of material including Ga+ ion source during sputtering process. Therefore the effect of the redeposition was verified by EDX. And the micro plasma electrode of copper was fabricated by FIB.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.437-437
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• 2010

DC Hollow cathode 방전은 약 100여 년 전, Paschen에 의해 실험된 이후로 광원, 스퍼터링 공정, 이온빔 소스 등 다양한 분야에 이용되어 왔다. 최근 태양전지용 마이크로 결정질 실리콘 증착 시, RF CCP의 전극에 복수의 홀 혹은 트렌치 구조를 두어 Hollow cathode 방전 효과를 이용하여 향상된 공정 속도로 공정을 진행한다. 그러나 RF-MHCD (Multi hole cathode discharge) 공정을 위한 최적 규격의 홀 기에 관한 연구는 그 중요성과 응용성에도 불구하고 깊게 이루어지지 못한 바 있다. 그러므로 저자는 Capacitively Coupled Plasma (전극 간격 : 4cm, 전극 직경 : 14cm) 장비에서 평면 전극과 10mm 깊이와 각각 3.5mm, 5mm, 7mm, 10mm 직경의 홀이 있는 4개의 전극을 이용하여 Argon RF-MHCD 방전을 관찰하여 조건 별 최적의 홀 전극 디자인을 도출하였다. 실험 조건은 64.5mTorr ~ 645mTorr압력 범위/ 1A~9A이며, 플라즈마는 전극 사이 중앙에 설치한 RF-compensated Langmuir Probe와, 전극과 전기적으로 접촉하는 1000:1 Probe 와 Voltage-Current Probe를 이용하여 측정되었다. 실험 결과 압력 조건 별로, 최적의 전자 밀도를 유도하는 전극 상 홀의 직경이 달라짐을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.130-130
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• 2015

플라즈마를 이용한 cleaning, etching, sputtering 공정에서 발생하는 마이크로아크방전이나 turn-off후의 잔류정전기는 공정대상물의 절연파괴나 전자소자에 전기적 손상을 유발함으로서 공정의 불량률을 증가시키는 중요한 요인이 된다. 본 연구에서는 잔류정전기를 관찰하기위하여 실린더형 챔버구조의 평행평판 전극구조를 지닌 용량결합형 플라즈마에서 powered electrode에 부착된 유전체 기판 표면의 잔류 정전기의 변화 양상을 planar type probe로 측정해보았다. 300mtorr 압력에서 아르곤가스로 발생시킨 플라즈마가 존재할 때 낮은 음전위 평균값을 가지던 기판표면 전위가 전력인가가 중지되었을때 20V 가량의 양전위를 가질 수 있음을 측정 하였고, 이것을 COMSOL MULTIPHYSICS TOOL을 활용한 시뮬레이션과 비교하였다. 이 현상이 파워인가 전극이 플라즈마 영역에 노출되느냐에 따라 발생할 수 있음을 알게 되었고, 그 크기와 지속시간은 입력전력 및 블로킹 커패시터와 유전체 기판의 정전용량에 의존함을 확인 하였다.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2002.11a
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• pp.123-127
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• 2002

DRAM용 capacitor의 차세대 전극물질 후보 중의 하나인 Ru 박막을 고밀도의 ECR 플라즈마를 이용하여 식각 특성 및 식각 메커니즘을 알아보고자 하였다. 식각시 Ru은 oxygen들과 결합을 하여 RuO2 화합물들을 생성하고 RuO2 화합물들은 다시 oxygen들과 결합을 함으로써 휘발성이 강한 RuOx 화합물들을 생성하였다. 하지만 이러한 식각이 이루어지기 위해서는 oxygen이온들에 의한 충돌이 필요하며, Cl과 F 가스들을 첨가가 의해 충돌 이온의 에너지가 증가되어 RuO2와 O radical들의 반응성을 향상시켰다. 이에 휘발성이 좋은 RuO4들의 형성속도를 증가시킴으로써 식각 속도를 향상시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.409-409
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• 2010

솔라셀은 차세대 대체 에너지 소스로 최근 큰 각광을 받고 있다. 솔라셀의 제조에 있어 가장 중요한 공정은 마이크로 결정질 및 비결정질 실리콘(uC-Si:H and a-Si:H) 박막을 증착하는 PECVD (Plasma Enhanced CVD)공정이다. 현재까지 이 증착공정을 위한 플라즈마 소스로 CCP(Capacitively Coupled Plasma)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, CCP를 플라즈마 소스를 사용한 경우 솔라셀 대량 생산 적용시 다른 방법들에 비해 긴 공정 시간이 해결해야 할 문제점으로 대두되었다. 본 발표에서는 솔라셀의 대량 생산을 위한 마이크로 결정질 실리콘 박막 증착에 있어 현 시점에서 해결되어야 할 문제점에 대해 고찰해 보고자 한다. 현재까지 이러한 문제점들을 해결하기 위해 적용되어 왔던 플라즈마 소스들을 나열하고 이러한 플라즈마 소스에 대한 특성 및 문제점들을 고찰한다. 또한, PECVD 공정상의 문제점을 해결하기 위한 플라즈마 조건을 플라즈마 벌크에서의 전자에너지 분포를 기준으로 제시하고자 한다. 솔라셀용 결정질 실리콘 박막 증착용 플라즈마 소스로 hollow cathode 방전이 가장 유력시되고 있다. 본 연구에서는 CCP 플라즈마에서 hollow cathode 방전시 발생되는 플라즈마 특성에 대한 기초 연구를 제시한다. 기초 연구를 위해 다양한 불활성 가스인 아르콘, 헬륨, 크립톤 가스에 13.56 MHz의 RF 파워를 인가하고 방전되는 플라즈마 밀도 변화를 관찰하였다. 특히, 다양한 hole diameter에서 발생되는 플라즈마 밀도의 변화를 기존 평면 CCP 플라즈마의 밀도에 비교하여 분석함으로써 hole diameter에 따른 효과를 관찰하였다. 이러한 결과는 PIC 시뮬레이션을 통해 얻은 전자에너지 분포함수를 바탕으로 메커니즘을 논의하고자 한다. 마지막으로 솔라셀용 PECVD공정을 위해 고밀도 플라즈마 소스의 필요성뿐 만 아니라 대면적 소스의 구현에 대한 문제점을 고찰하였다. 대면적 공정에서 가장 중요한 핵심 연구 이슈는 공정 균일도를 높이는 것이다. CCP 플라즈마 소스에서 전극의 크기가 대면적화 됨에 따라 발생되는 전자기파 효과에 의한 불균일도에 대해 RF 전자기장 시뮬레이션을 통해 확인하고, 균일도 확보를 위한 방안에 대한 논의하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.276-277
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• 2012

플라즈마 아킹은 PECVD, 플라즈마 식각 그리고 토카막과 같은 플라즈마를 이용하는 여러 공정과 연구 분야에서 문제가 되어왔다. 하지만, 문제의 중요성과 다르게 아킹에 대한 본질적인 연구는 아직 미비한 상태이다. 플라즈마 아킹은 집단전자방출(collective electron emission)에 의한 스파크 방전(spark discharge) 현상이다. 집단전자방출은 전계방출(field emission)이나 플라즈마와 쉬스를 두고 인접한 표면위에서의 유전분극(dielec emission)에 의해 발생한다. 우리는 CCP 플라즈마를 이용해 micro-arcing(MA)을 일으키고 랑뮈르 프로브를 이용해 MA 동안의 플로팅 포텐셜의 변화를 측정한다. MA시 PM-tube를 이용해 광량의 변화를 측정하고 플로팅 포텐셜을 fast-imaging과 동기화 시켜 MA 발생 메커니즘을 유추한다. 우리는 $30{\times}20$ cm 크기의 사각 전극을 위 아래로 가진 챔버에서 Ar 가스를 RF (13.56 MHz) 파워를 이용해 방전시켰다. 방전 전압과 전류는 파워 전극 앞단에서 High voltage probe (Tektronix P6015A)와 Current probe (TCPA300 + TCP312)를 이용해 측정했다. 플라즈마 아킹시 변하는 플라즈마 플로팅 포텐셜은 챔버 중앙에 위치한 랑뮈프 프로브에 의해 측정되고 챔버 옆의 뷰포트 앞에 위치한 PM-tube를 이용해 아킹시 변하는 광량을 측정하고 Intensified CCD를 이용해 fast-imaging을 한다. 또한 CCD 앞에 band pass filter를 부착하여 MA의 발생 메커니즘을 유추한다. RF 방전에서의 플라즈마 아킹은 아킹시 플로팅 포텐셜의 변화에 의해 크게 세부분으로 나눌 수 있다. 아킹 발생과 동시에 급격히 감소하는 감소부분(약 2 us) 그리고 감소한 포텐셜이 유지되는 유지부분(약 0~10 ms) 그리고 감소했던 포텐셜이 서서히 원래 상태로 회복되는 회복부분(약 100 us)이다. 아킹 초기시 방출된 집단 전자들은 쉬스를 단락시키게 되고 이로 인해 플로팅 포텐셜은 급격히 감소하게 된다. 이렇게 감소한 플로팅 포텐셜은 아킹 스트리머가 유지되는 한 계속 감소한 상태를 유지하게 된다. 그리고 플라즈마를 섭동했던 집단전자방출이 중단되면 플라즈마는 섭동전의 원래 상태로 회복된다. 플라즈마 아킹 발생시 생성되는 순간적으로 많은 전자들을 국소적으로 생성하게 되고 이 전자들에 의해 광량이 순간적으로 증가하게 된다. PM-tube (750.4 nm)에 의해 측정된 아킹시 광량은 정상방전 상태의 두배 가량이 된다. 그리고 이 순간적으로 증가된 광량은 시간이 지남에 따라 감소하게 되고 정상방전 일때의 광량이 된다. 광량이 증가한 후 정상방전상태의 광량에 이르는 부분은 플로팅 포텐셜이 감소한 상태에서 유지되는 부분과 일치하고 이는 플로팅 포텐셜의 유지부분동안 집단전자방출이 있다는 간접적인 증거가 된다. 그리고 정상 방전 상태 일때의 광량이 되면 집단전자방출이 중단되었다는 것이므로 그 시점부터 플로팅 포텐셜은 정산 방전상태 일때의 포텐셜로 복구되기 시작한다. 이처럼 PM-tube를 이용한 아킹 광량 측정은 아킹 스트리머를 간접적으로 측정하게 하고 집단전자방출을 이용해 아킹 시의 플로팅 포텐셜의 변화를 설명하게 해 준다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2003.07c
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• pp.1941-1943
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• 2003

본 논문은 광 검출을 이용한 전기화학발광 (Electrochemiluminescence : ECL)을 마이크로시스템에 적용하여 소형화하였으며, 기존 광 검출 시스템과 결과를 비교하여 그 특성을 분석하였다. ECL은 전기에너지를 촉매로 사용하기 때문에 화학발광 보다 마이크로채널 내에서 발생하는 층류문제를 해결할 수 있는 적합한 방법이다. 유리기판에 Au를 박막으로 증착하여 전극으로 사용하였으며, SU-8 구조물을 이용한 PDMS mold를 사용하여 마이크로채널을 제작하였다. 전극과 PDMS는 $O_2$ 플라즈마를 이용하여 접합하였다. luminol과 과산화수소는 Syringe pump로 구동하였으며, 발생된 빛은 반도체 공정기술로 제작한 P-N접합 포토다이오드를 이용하여 전류신호로 측정하였다. 새로 구성된 시스템을 이용하여 마이크로채널 내에서의 luminol과 과산화수소의 유속, 농도변화에 따른 광전류 변화를 측정하여 기존시스템과 비교하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.1523-1524
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• 2011

본 연구에서는 대기압 하에서 평판형의 금속전극 양단에 펄스전압을 인가하여 대기압/저온 마이크로 플라즈마를 지속적으로 발생시키는 방법을 제안하고 구동전원 특성 및 플라즈마의 전기, 광학적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 또한 Comsol 프로그램을 사용하여 이론적 해석을 하였으며, OES(Optical Emission Spectrometer)를 사용하여 측정 및 분석을 하였다.