• Composites Research
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• v.23 no.3
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• pp.13-18
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• 2010

One of the biggest challenges in the nano-field is how to effectively disperse nano-scale particles, especially CNTs, which are strongly agglomerated by intermolecular van der Waals forces. This study suggests a new method, discharge flocking, in order to disperse nano-scale particles effectively, which combines corona discharge phenomenon and a traditional electrostatic flocking process. In order to evaluate the discharge flocking process, composite specimens were fabricated by the process and RFI(resin film infusion) process, and then the mechanical and electrical properties of the specimens were measured and compared. Moreover, the evaluation of gas discharge effect on the CNTs and epoxy was performed to compare the mechanical and electrical properties of the composite specimens including the plasma treated CNTs. The experimental results showed that the electrical and mechanical properties of the specimens fabricated by the discharge flocking process were similar to those of the RFI process. In addition, plasma treated CNTs were not affected by gas discharge during the discharge flocking process.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.142-144
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• 2014

전해가공(ECM)과 방전가공(EDM) 공정은 독특한 출력이 가능한 두 가지 이점이 있다. 방전가공과 전해가공은 보다 효과적이면서 거대하고, 미세한 나노 특성과 재료 가공의 정확한 3차원 복잡 형상 가공의 대안을 제공해준다. 본고에서는 학술적이고 산업적인 연구와 응용에 있어서 기예를 반영한 전해가공과 방전가공 공정의 기술적인 진전을 간략히 기술하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.514-514
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• 2012

면방전 구조의 대가압 DBD플라즈마 소스를 제작하여 Ar과 N2 기체를 유입하여 미생물인 Fungi의 변화를 관찰하였다. 면방전 구조의 DBD플라즈마 소스는 유리기판위에 포토리소그라피 공정으로 미소전극을 형성하여 고밀도의 방전셀을 형성하였다. 방전시 발생하는 열에 의한 효과의 제어를 위하여 냉각장치를 장착하였다. 또한 유리기판과 포토리소그라피 공정은 방전영역에 제한없이 다양한 크기의 소스제작이 가능하다. 셀 피치가 $400{\mu}m$이며 $cm^2$ 당 200여개의 방전 셀로 구성되어 있어서 기존 메쉬타입의 DBD플라즈마 장치에 비해 균일하게 플라즈마를 조사할 수 있으며 플라즈마 제트 장치에 비해서는 넓은 면적을 동시에 조사할 수 있게 되었다. Ar 과 N2기체를 3 L/min의 유량으로 방전공간에 유입하면서 1 kV의 구동전압으로 플라즈마를 발생하였다. 이 경우 플라즈마의 조사시간을 20 s, 40 s, 60 s 간격으로 변화를 주며 Fungi의 변화를 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.19-19
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• 2011

수중방전은 다양한 라디칼을 직접 물 속에서 발생시키기 때문에 수처리 공정에 다양한 응용이 가능하다. 특히, 최근에 선박평형수 등의 살균이 국제적인 이슈가 되고 있고, 2017년까지는 모든 선박에 살균을 위한 수처리 설비가 의무화된다. 본 연구에서는 염분이 있는 수체에서의 방전공정을 연구하고 이를 수처리공정에 적용할 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 해수의 경우 전도도가 53mS로 자유로운 전하의 이동이 가능하기 때문에 일반적인 민물방전의 전원과 전극 등으로는 방전을 할 수 없다. 이에 세라믹과 금속의 이중구조로 되어 있는 모세관전극을 개발하여 전도성이 있는 수체에서의 방전을 이루었다. 전원장치로는 60 Hz, 380 V를 1차측에 인가하여 2차측에서 약 3 kV, 10 kW의 파워가 발생하는 12위상차 교류전원장치를 개발하여 사용하였다. 모세관 내부에 전압이 인가되면 전류가 발생하여 joule heating에 의하여 모세관 내부에 기포가 형성된다. 이 때, 전류의 단락이 이루어지면서 고전압쪽에 전하가 축적되며 기포내부의 E-field가 상승한다. 이후 기포 내에서 방전이 개시되며 각종 라디칼을 생성한다. 방전에 의해 생성되는 산화제로는 오존, OH라디칼, 과산화수소 등이 있으며, 해수에서는 Cl-의 결합에 의하여 Cl2 가스가 발생한다. 약 30,000 J/L의 체적에너지에 대하여 생성되는 총염소의 농도는 2.5 mg/L이다. 수중방전의 적용대상으로 선박평형수, 멤브레인과의 결합, 용존기포부상법을 선정하여 적용가능성을 연구하였다. 먼저 선박평형수 살균처리를 위해 해수의 처리유량을 20 lpm으로 유지하고 대장균, 바실러스, 조류(테트라셀미스) 등을 투입하여 전극 12개가 삽입된 12위상차 플라즈마 반응기를 통과시켰더니, 약 30,000 J/L의 체적에너지에 대하여 1일 후의 살균력이 각각 99.99, 99.99, 99.9%의 살균력을 나타내었다. 이는 국제해사기구에서 권장하는 살균수준인 99.9%를 초과하는 수치이다. 플라즈마를 이용한 해수살균공정의 안정적 운전을 위해 후단에 UF멤브레인을 추가하여 잔류생존 미생물을 제거할 수 있다. 이를 위해 플라즈마가 후단의 멤브레인 운전에 미치는 영향을 평가하였다. 카올린과 탄산칼슘을 오염원으로 각각 투입하여 멤브레인으로 처리를 하였을 때, 방전 직후 멤브레인에 걸리는 막간압력차가 약 30% 감소하였는데, 이는 막에 형성된 파울링이 방전에 의해 제거된 것으로 평가할 수 있다. 수중방전은 다양한 산화제를 생성함과 동시에 미세기포를 발생시키는데 이는 수중유기물의 부상분리에 적용될 수 있다. 방전모세관전극의 내부직경을 1 mm로 유지하고, 60 Hz, 교류전원으로 방전한 결과 평균입경 44 um의 기포를 발생시켰고, 이는 일반적으로 용존공기부상법에 사용되는 기포의 크기와 일치한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.340-340
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• 2011

플라즈마 공정에서의 생산률이 플라즈마의 밀도에 비례한다는 많은 연구가 이루어진 후, 초대면적 고밀도 플라즈마 소스의 개발은 플라즈마 소스 개발에서 중요한 부분을 차지하기 시작하였다. 이로 인해, 전자 공명 플라즈마, 유도 결합 플라즈마와 헬리콘 플라즈마 등 새로운 고밀도 플라즈마 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근에는 고밀도 플라즈마 개발과 더불어, 대면적 플라즈마 소스의 개발이 플라즈마 공정 기술의 중요한 이슈가 되고 있는데, 이는 450 mm 이상의 반도체, 2 m${\times}$2 m 이상의 8세대 평판 디스플레이와 1 m${\times}$1 m 태양광 전지 생산 공정에서 플라즈마의 기술이 요구되고 있기 때문이다. 대면적 공정영역의 이러한 경향은 균일한 대면적 고밀도 플라즈마 개발을 촉진시켜왔다. 밀도가 낮은 축전 결합 플라즈마를 제외한, 대면적 공정에 적합한 고밀도 플라즈마원으로 유도 결합 플라즈마와 헬리콘 플라즈마를 선택한 후, 병렬연결 시의 특성을 알기 위하여 ICP와 헬리콘의 단일 튜브와 다수 튜브의 플라즈마 내부, 외부 변수를 측정하여 조사하였다. 두 가지 플라즈마 소스의 비교 실험을 위하여, 자기장을 제외한 모든 조건을 동등하게 한 후 실험을 하였다. 단일 헬리콘 실험을 바탕으로, 대면적 실험에 가장 적합한 자기장의 세기, 자석의 위치 및 튜브의 치수를 정한 후, fractal 구조를 위한 16개 다수 방전을 ICP와 헬리콘을 비교하였다. 병렬연결 시, RF 플라즈마에서는 같은 전압을 가져도, 안테나 디자인을 고려하지 않으면 모든 튜브의 방전이 이루어 지지 않았다. 이를 컴퓨터 모의 전사를 통해 확인하고, 가장 최적화된 안테나를 설계하여 실험을 하였다. ICP에서는 모든 튜브가 방전에 성공한 반면, 헬리콘 플라즈마는 ICP에 10배에 달하는 높은 밀도를 냈으나, 오직 4개 튜브만이 켜지고 안정적으로 방전이 이루어 지지 않았다. ICP의 경우, RF 전송선의 디자인을 통해 파워의 균등 분배가 가능하지만, 헬리콘의 경우 자기장을 추가해서 고려해야 되는 것을 확인하였다. 모든 튜브에 비슷한 자기장을 형성하기 위해서는 자석의 크기가 커지는 문제점이 있으나, 매우 낮은 압력에서 방전이 가능하고, 같은 압력에서 ICP에 비해 10배 이상 달하는 장점이 있다. 실험 결과를 바탕으로, ICP와 헬리콘 플라즈마의 다수 방전에 대한 분류를 하였고, 바로 현장에 투입이 가능한 소스로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.444-444
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• 2010

최근 복잡한 고진공 시스템에서 수행되는 플라즈마 공정을 대신하여 진공 시스템 없이 대기압 플라즈마를 이용한 보다 경제적이고 신속하게 공정을 수행하는 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 대기압 플라즈마의 높은 응용성을 이용한 에칭과 증착 등의 기술은 플라즈마의 물리적 접근 없이 세계적으로 몇몇 선도 연구그룹에서 시도되고 있다. 본 연구팀에서는 대기 중에서 He, Ar, $N_2$, $O_2$, Air 등의 여러 종류의 기체에서 방전하여 미세가공이 가능한 $500\;{\mu}m$ 이하의 마이크로 제트를 개발하였다. 입력전압, 기체유량, 노즐의 구조와 크기 등의 여러 운전변수의 조절을 통해 폴리머 기판위에서 방전되는 마이크로 플라즈마 제트의 안정된 방전조건을 찾았고, 전압-전류 특성곡선(V-I characteristics), 광방출분광법(OES), 시간분해 이미지 촬영법(ICCD), 기체온도 측정법 등을 이용하여 발생된 플라즈마의 물리적인 특성을 분석하였다. 발생된 플라즈마를 이용해 처리된 폴리머 기판의 물성변화를 AFM을 통해 관찰하여 짧은 플라즈마 처리시간에도 효과적인 표면개질의 변화를 확인하였다. 마지막으로 본 기술을 이용한 대기압 마이크로 공정의 응용기술 및 가능성을 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Industrial Safety Conference
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• 2003.05a
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• pp.167-172
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• 2003

액정판넬(LCD) 및 반도체 제조공정에 있어서 정전기 발생으로 인하여 미세한 먼지가 LCD 및 반도체 웨이퍼에 부착되거나, 정전기 방전에 의해 반도체소자 및 LCD 유리기판상의 패헌의 파괴를 야기하여 제품의 수율을 저하시키고 제조원가를 상승시키는 주요한 요인이 된다. 현재 이러한 제조공정에서 정전기를 위한 대책으로 코로나방전에 의한 이온바(Ion Bar) 및 이온브로어(Ion Blower)를 제전설비로 사용하고 있으나, 이 장치는 코로나 방전에 의한 이온을 발생시키고 이온화된 공기를 불어 내기 위하여 팬을 사용하여 공기를 대류 시킨다.(중략)

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.493-493
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• 2013

에싱(Ashing)공정을 위한 원격 유도 결합 플라즈마(remote ICP)에서 플라즈마 균일도를 향상하는 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 고균일도 플라즈마 발생을 위해 단면적이 다른 2개의 반응 용기를 각각 상부와 하부에 설치하여 각각의 반응 용기 외곽에 방전 코일이 위치하도록 구성하였다. 0.7~1 Torr 공정 압력 범위의 질소와 산소 혼합 기체에서 2,500 W 전력을 인가하였고, 임피던스 정합회로로부터 각각 병렬로 연결된 방전 코일에 전력이 분배되어 인가된다. 에싱 공정을 위한 플라즈마 균일도를 분석하기 위해 Wafer의 위치에서 부유 탐침법을 적용하여 중심부에서 외곽부로 지름축 위치를 변화시키며 플라즈마 밀도와 전자온도를 측정하고, 공정 조건에 따른 에싱율(Asing Rate)을 측정하였다. 동일한공정 조건에서 하나의 방전 코일을 이용한 경우의 플라즈마 균일도 대비 이중 코일 구조를 이용한 경우 플라즈마 균일도가 크게 향상됨을 보였다. 이는 상부의 유도코일이 wafer 위치에서 주로 지름방향 중심부의 플라즈마 밀도에 기여하고, 하부의 유도코일은 주로 외곽의 플라즈마 밀도에 기여해서 나타나는 현상이다. 공정용 장비에서 플라즈마 균일도의 개선으로 공정 수율을 증가 시키는 효과를 기대할 수 있다.

• 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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• 2013.02a
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• pp.585-585
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• 2013

유도 결합 플라즈마는 비교적 간단한 방전 구조와 고밀도 플라즈마 생성에 유리하기 때문에 산업 플라즈마 공정 장비로 널리 사용되고 있으며, 안테나에 의한 전력 전달 특성 및 방전 특성이 공정 결과에 큰 영향을 주게 된다. 이러한 유도 결합 플라즈마는 변압기 모델을 통하여 전력 전달 특성을 해석할 수 있으며, 안테나의 감은 수가 증가할수록 플라즈마로의 전력 전달 효율 및 플라즈마 밀도 상승이 기대된다. 반면에, 안테나 양단 또는 챔버 벽면과의 원치 않는 용량성 결합에 의하여, 실제로 안테나 감은 수가 증가함에 따라서 플라즈마로의 전력 전달 효율 및 방전 특성이 향상되지 않을 수도 있다. 본 연구는 이러한 안테나 감은 수 효과에 의한 전력 전달 효율 및 플라즈마 변수 변화에 대한 내용을 다루고 있으며, 플라즈마 변수 진단을 통하여 방전 특성을 연구하였다. 용량성결합을 최소화하기 위하여, 평형 전력 안테나를 사용하여 실험을 진행하였으며, 평형 전력이 인가되지 않은 안테나 구조에서의 안테나 감은 수에 따른 방전 특성과 결과를 비교하였다.