• 한국전자파학회논문지
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• 제24권3호
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• pp.331-336
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• 2013

본 논문은 유체 역학적 관점에서 플라즈마 모델링을 통하여 전자 밀도를 계산하는 방식을 제안하였다. 그럼으로써 기존 논문들에서 사용된 단순화된 플라즈마 모델링의 한계를 극복하였다. 계산된 전자 밀도를 finite-difference time-domain(FDTD) 기법에 기반한 맥스웰-볼츠만 시스템에 연계하여 다양한 각도에서 입사하는 전자기파에 대한 산란파 계산을 수행하였다. 전반부에서는 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge: DBD) 구조에서 발생되는 플라즈마를 모델링하였다. 다수의 모델링 방식 중, 시간 독립적인 변수를 도입하여 정지계의 전위 분포와 전자 밀도 분포를 계산하는 Suzen-Huang 모델을 이용하였다. 후반부에서는 변조된 가우시안 펄스를 플라즈마에 입사시켜 발생하는 산란파를 FDTD 기법을 이용하여 계산하였으며, 이를 바탕으로 레이더 단면적(radar cross section: RCS)을 관찰하였다. 모의실험 결과, DBD 플라즈마에 의해 1~2 dB 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 기존의 논문에서 알려진 RCS 측정 결과와 유사한 양상을 보이며, 본 논문에서 제안한 모델링의 유효성을 확인하였다.

• 한국진공학회지
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• 제18권3호
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• pp.164-175
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• 2009

전산 유체 역학 코드를 사용하여 안테나 내장형 유도 결합 플라즈마 시스템의 가스 유동 특성, 전력 흡수, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포에 대해서 살펴보았다. 복잡한 현실적 3차원 시스템에 대한 안정한 수치해의 도출을 위해서 최적화된 격자생성 전략을 구사하였으며, 이를 이용하여 플라즈마 질화 시스템을 한 예로 전력 흡수, 가스 유동, 전자 온도, 전자 밀도, 화학종의 분포를 분석하였다. 금속 노출형 안테나의 경우 전력 도입부 쪽에 전력 흡수의 불균형이 모델에서 예측되었으며 유전체피복 안테나의 한 예에서 전력 흡수 표피 깊이가 실제 보고된 값인 53 mm와 잘 일치하는 50 mm로 예측되었다. 또한 수소연료 전지 분리판을 위한 고속 질화 공정용 시스템의 모델링에서도 산업용 대량 처리 시스템에 적절한 다중 분리판의 장입 간격을 가스 유동, 활발한 질화종인 질소 원자와 질소 분자 이온의 농도를 근거로 예측하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.209-209
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• 1999

현재 magnetron sputter는 반도체, LCD 등을 포함하는 microelectronics 산업에서 박막형성을 위한 주요 장비로 널리 쓰이고 있으며, 소자의 고집적화 및 대형화 추세에 따라 그 이용가치는 더욱 증대되고 있다. 본 연구엣는 TFT-LCD용 Color Filter 제조시 ITO박막형성을 위해 사용하는 magnetron sputter 내부의 플라즈마 분포 및 ion kinetic energy에 대한 해석을 실시하였으며, ITO target의 erosion 형상의 원인을 실험결과와 비교하였다. Magnetron sputtering은 target에 가해지는 bias 전압(DC 혹은 RF)에 의해 target과 shield 혹은 target과 substrate 사이에서 생성될 수 잇는 플라즈마를 target 및 부분에 붙어있는 영구자석을 이용하여 target 근처에 집중시키고, target 표면과 플라즈마 사이의 전위차에 의해 가속된 이온들이 target 표면과 충돌하여 이차 전자방출을 일으킴과 동시에 target 표면에서 sputtering을 일으키고, 이들 sputtered 된 중성의 atom 들이 substrate로 날아가 박막을 형성하는 원리로 작동된다. 이때 target에서 방출되는 이차전자들은 영구자석에 의한 자기장 효과에 의해 target 근처에 갇히게 되어 중성 기체분자들과 이온화반응을 통해 플라즈마를 유지하고 그 밀도를 높혀주는 역할을 담당하게 된다. 즉 낮은 압력 및 bias 전압에서도 플라즈마 밀도를 높일수 있고 sputtering 공정이 가능한 장점을 가지고 있다. Magnetron sputtering 현상에 대한 시뮬레이션은 크게 magnetron discharge와 sputtering에 대한 해석 두가지로 나누어 볼 수 있는데, sputtering 현상 자체를 수치묘사할 수 있는 정량적인 모델은 아직까지 명확하게 정립되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 magnetron plasma 자체에 대한 수치해석에 주안점을 두고 아울러 bulk plasma 영역에서 target으로 입사하는 이온들의 입사에너지 및 입사각도 등을 Monte Carlo 방법으로 추적하여 sputtering 현상을 유추해보았다. Sputtering 현상을 살펴보기 위해 magnetron sputter 내 플라즈마 밀도, 전자온도, 특히 target 및 substrate를 충돌하는 이온의 입사에너지 및 입사각 분포등을 계산하는데 hybrid 방법으로 시뮬레이션을 하였다. 즉 ion과 bulk electron에 대해서는 fluid 방식으로 접근하고, 이차전자 운동과 그로 인한 반응관계 및 target으로 입사하는 이온의 에너지와 입사각 분포는 Monte-Carlo 방법으로 처리하였다. 정지기장해석의 경우 상용 S/W인 Vector Fields를 사용하였다. 이를 통해 sputter 내 플라즈마 특성, target으로 입사하는 이온에너지 및 각 분포, 이들이 target erosion 형상에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 이들 결과로부터 간단한 sputtering 모델을 사용하여 target으로부터 sputter된 입자들이 substrate에 부착되는 현상을 Monte-Carlo 방법으로 추적하여 성막특성도 살펴보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.183-183
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• 2000

Aigrain에 의해 Helicon이라는 이름이 명명된 이후, helicon은 저온의 금속과 같은 높은 전도도(conductivity)를 갖는 매질이나 강한 자기장이 걸려있는 plasma를 전파해 나가는 저주파 전자기장을 지칭해왔다. 이온화된 개스에서 이러한 전자기장은 전자 공명 주파수(electron cyclotron frequency)와 이온 공명 주파수(ion cyclotron frequency) 사이의 주파수로 전파하며 전리층 (ionosphere)을 통과하며 발생하는 가청 주파수 영역대의 음조가 강하하는 현상에 의해 low-frequency whistler라고도 불린다. Helicon wave plasma는 Boswell에 의해 처음 발생된 후, 높은 이온화율(~100%)로 인해 많은 연구가 이루어져 왔다. 1985년에 Chen은 helicon plasma의 높은 이온화율을 설명하기 위해 Landaudamping을 제시하였다. 이러한 설명은 1997년에 Shamrai에 의해 TG mode가 도입되기 전까지 직접적인 실험결과 없이 helicon plasma 발생의 mechanism으로 받아들여졌다. shamrai의 이론에 의하면 정전기파(electrostatic wave)는 plasma의 표면(surface)에서 강하게 감쇄되어 energy를 전달하게 된다. Cho는 radial density 분포가 외각보다 중심이 높을 경우 TG wave의 power 전달이 중심에서 일어날 수 있음을 계산하였다. Helicon plasma의 특성은 높은 이온화율에 의한 높은 밀도($\geq$1012cm3), 1-2 kW의 rf power에서 상대적으로 낮은 전자 온도( 4eV), $\omega$ci $\omega$LH<$\omega$ $\omega$ce $\omega$pe 영역대의 주파수, 자기장 50-1200 Gauss, 압력 1-10 mTorr로 특정지을 수 있다. 이러한 외부분수들의 조건에 k라 helicon plasma는 여러 종류의 mode로 존재한다. Degeling은 이러한 mode의 변화를 capacitive mode, inductive mode, 그리고 helicon mode(wave mode)의 세가지 부분으로 구분하였다. Helicon plasma가 갖는 높은 이온화율은 여러 가지 응용으로의 가능성을 가지고 있다. 그 예로 plasma processing, plasma wave에 의한 입자 가속, 그리고 가스 레이저 활성 매질 발생 등이 있다. 특히 plasma processing의 경우 helicon plasma는 높은 밀도, 비교적 낮은 자기장, remote operation 등이 가능하다는 점에서 현재 연구가 활발히 진행되고 있다. 상업용으로도 PMT와 Lucas Signatone Corp.에 서 helicon source가 제작되었다. 또한 높은 해리율을 이용하여 저유전 물질인 SiOF의 증착에서 적용되고 있다. 이 외에도 다수의 연구결과들이 발표되었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.294-295
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• 2005

다중 코어를 이용한 대전류 변압기용 Mn-Zn ferrite를 제조하고 전자기적 특성을 분석하였으며, 제조된 자심재료를 이용하여 변압기를 제조하고 전원장치에 탑재하여 효율특성을 분석하였다. ZnO의 몰비가 증가할수록 혼합 스피넬의 형성을 통한 보아 자자의 증가로 인해 투자율은 증가하고 상대적으로 전력손실이 감소하여 $Fe_2O_3$ : MnO : ZnO = 53 : 36 : 11 mo\% 일 때 가장 우수한 특성을 나타냈고, 열처리 공정의 승온 과정에서부터 산소 분압을 제어하고 최적의 대기압 상수를 산출함으로써 Zn-loss 현상을 최소화하여 ZnO 11 mol%, 대기압 상수 7.7일 때 투자율 2350, 밀도 4.9 $g/cm^3$, 비저항 480 ${\Omega}cm$, 300 mT의 최대 자속 밀도 특성을 갖는 우수한 자심 재료를 개발하였다. 그리고 최소 손실 온도를 $90^{\circ}C$ 이하로 감소시켰으며 100 kHz에서 250 $kW/m^3$의 낮은 전력손실을 나타냈다. 또한 개발된 자심재료를 이용하여 제조된 전원장치는 30~80A의 출력 전류에서 85% 이상의 고효율을 얻었다.

• 한국안전학회지
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• 제36권5호
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• pp.71-78
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• 2021

There are regularly planned overhaul periods in thermal power plants, which involve the maintenance of the boiler of the power plants. However, thermal power plants workers are always exposed to risk during overhaul periods owing to the narrow space and significant dust inside the boiler. Therefore, it is essential to develop a safety monitoring system that is suitable for operating in this type of environment. In this study, we developed not only a worker three-dimensional (3D)-location monitoring system that can monitor and record the entry/exit of workers, their 3D-location, and fall accidents but also a method to secure the working environment and operation efficiency. This system comprises of a worker tag, which was equipped with an inertial measurement unit, a barometric pressure sensor, and a Bluetooth low energy (BLE), and the tags were given to each worker. In addition, the location of workers inside the boiler was measured using a pedestrian dead reckoning (PDR) method and BLE beacons. The location data of the workers tag were transmitted to the integrated database (DB) server through a gateway, and to the administrator monitoring system. The performance of the system was demonstrated inside an actual thermal power plant boiler, and the accuracy and reliability of the system were verified through a number of repeated tests. These results provide insights on designing a new system for monitoring enclosed spaces.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.1431_1432
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• 2009

본 연구에서는 전자빔에 의해 생성되는 저온 플라즈마의 특성을 시뮬레이션을 통해 알아보았다. 전자빔 소스에서 전자를 생성하여 가속 전압을 인가하여 챔버로 보내고, 챔버 속의 Argon 중성 기체와 전자가 충돌하여 2차 방전을 일으킴으로써 저온 플라즈마가 생성된다. 이 때 중성기체의 압력과 가속전압의 변화에 따라서 플라즈마 밀도와 온도가 변하는데, 어떠한 특성을 가지는지 알아보기 위해 Particle-In-Cell(PIC) 시뮬레이션을 이용하였다. 챔버 내부에서 전자빔과 중성기체에 의한 변화를 관측했고, 이 때 전자빔 소스에서 Negative Acceleration Voltage는 10V~40V, 챔버 내부의 Argon 중성 기체의 압력은 1mTorr~20mTorr 조건하에서 시뮬레이션을 수행하였다. Electron Energy Distribution function (EEDF)을 관찰한 결과, 가속전압이 높을수록 낮은 에너지를 가지는 전자의 수가 증가하여 전자 밀도는 증가하며, 가스 압력이 높을수록 EEDF의 기울기가 커지면서 전자온도는 감소함을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권10호
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• pp.841-847
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• 2021

본 논문에서는 저밀도 표면필름 구리망에 대한 비행체 적용 가능성을 분석하였다. 최근 기존 표면 필름 구리망에서 중량 및 비용을 절감할 수 있도록 표면 필름의 두께를 낮춘 저밀도 표면 필름 구리망이 개발되었다. 이러한 저밀도 표면필름 구리망을 비행체에 적용하기 위해서는 샌드위치 구조에서의 핀 홀 방지 효과와 같은 제작성 확인과 함께 적용 시 전자기 영향성에 대한 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 저밀도 필름 구리망 2종과 기존 비행체 적용 구리망 1종에 대해 제작성 및 전자기 영향성을 분석하였다. 표면 구리망에 대한 제작성은 샌드위치 복합재와 표면 구리망을 결합하여 핀 홀 방지효과를 확인하였다. 전자기 영향성 분석은 3D 전자기파 시뮬레이션을 통해 각 샘플에 대한 주기구조를 이용하여 해석하였으며, 자유공간 측정방법을 이용한 저밀도 필름 구리망의 전자기파 투과특성 측정결과를 통해 시뮬레이션 결과가 유효함을 확인하였다. 위 결과로 비행체 적용이 필요한 저밀도 표면필름 구리망에 대한 해석 및 비행체 적용 가능성을 판단할 수 있다.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1998년도 춘계학술발표회논문집(2)
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• pp.929-934
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• 1998

KT(KAERI Tokamak) 장치의 언저리 영역에서 삼중정전탐침을 이용하여 플라즈마밀도, 전자온도 및 부유(floating)전압을 측정하였다. 토카막 방전조건에 따라 고정된 위치에서의 측정값들은 시간에 대한 변화를 보였다. 특히 플라즈마 밀도 값 <η$_{e}$>은 약 두 배까지의 시간에 따른 변화 폭을 보였다. 반면에 밀도 섭동량(fluctuation) $\delta$η$_{e}$/<η$_{e}$>은 다른 섭동량과 마찬가지로 거의 일정한 값을 나타냈다. z 방향에 대해 측정한 proafile 결과는 모두 z/a에 따라 감소하였으며, 반면에 섭동량은 증가하는 경향을 나타냈다. 부유전압 및 압력구매에 의하여 발생되는 poloidal 방향의 drift속도를 profile 결과로부터 얻었으며, 언저리 영역에서 섭동량은 이온 diamagnetic 방향으로 최대 + 2 $\times$$10^{5}$ cm/sec의 속도로 이동함을 예상할 수 있었다 섭동량 자체에 의해 유기되는 전기장 \ulcorner(equation omitted) 로부터, 반경방향으로 이동되는 속도는 측정한 부유전압의 섭동량에 대한 z 방향 profile로부터 언저리 영역에서 $\upsilon$$_{r}$가 최대 + 1.2 $\times$ $10^{5}$ cm/sec가 됨을 알 수 있었다. 언저리 영역에서 섭동량이 장치 벽쪽으로 이동하는 정도를 진행 속도 값으로부터 예상할 수 있었다.있었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제25권8호
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• pp.857-863
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• 2014

전자기파와 플라즈마의 상호 작용을 결정하는 주요 변수는 플라즈마 주파수와 충돌 주파수이며, 이 둘은 각각 전자 밀도와 전자 온도로부터 계산할 수 있다. 이 두 값은 플라즈마 발생기 종류에 따라 결정되는 시간 의존적인 변수이다. 기존의 전파 흡수 특성 연구에서는 수치 해석적 모형의 부재로 인하여 플라즈마의 시간적/공간적 변화를 간략화하거나, 상수로 가정하여 수행하였다. 본 연구에서는 플라즈마 유체 모델을 도입하여 얻어진 시간 의존적 변수 값을 전자기파감쇠량 계산에 이용함으로써 해석의 정확도를 높이는 방식을 제안하였다. 해석 대상인 유전체 장벽 방전 플라즈마는 구조적인 단순함으로 인하여 1차원 분석만으로 플라즈마 분포의 시간적 변화를 반영할 수 있다. 본 논문은 한 주기 내에서 전자 밀도와 전자 온도를 추출하여 마이크로파 입사 시 시간적 흡수 특성 변화를 분석하였다. 또한, 전자 밀도와 전자 온도의 변화에 따라 감쇠량을 계산하여 감쇠 경향성을 분석하였다.