• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.224-224
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• 1999

KSTAR 토카막의 플라즈마 가열을 위한 NBI 장치의 대전류 이온원 방전 특성을 수소와 헬륨 개스를 사용하여 조사하였다. NBI 이온원은 빔 방향과 반대로 가속되는 전자들을 저지하는 전자덤프(electron dump), 병렬로 연결된 32개의 텅스텐 필라멘트(직경 1.5nn0, 영구자석(Nd-Fe)에 의해 만들어지는 강한 cusp 자장으로 둘러싸인 플라즈마 방전실 및 120kV의 에너지를 인가하는 가속부로 이루어지는데, 최대 빔 전류 65A에서 300초의 장시간 운전을 목표로 하고 있다. 수소와 헬륨 개스 분위기에서 안정된 플라즈마를 얻을 수 있는 필라멘트 전류의 파형을 각각 구하고, 기체압력(0.01~0.4 mbar) 및 아크 전류(100~1200A에)에 따른 플라즈마 파라메타 값들을 직경 1mm의 Langmuir probe를 이용하여 측정하였다. 또한 이온원 운전에 중요한 파라메타인 방전실 내의 플라즈마 밀도 분포와 장시간 운전 가능성에 대한 조사도 수행하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.231.1-231.1
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• 2014

열 플라즈마(thermal plasma) 는 저온 플라즈마(cold plasma)와 달리 이온과 전자와 중성입자들이 충분한 에너지 교환으로 인해 열평형 상태를 가진다. 열 플라즈마를 생성 시킬 때 전극 사이에서 아크방전을 시켜 제트 형태로 플라즈마를 발생시키는 것을 플라즈마 토치(plasma torch)라고 한다. 이러한 플라즈마 토치는 화학 원소 분해, 강판 절단, 유해 기체 분해 등으로 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 토치를 수치적으로 해석하여 플라즈마의 특성을 알아보았다. 수치해석적 접근방법으로 열 플라즈마는 LTE (local thermodynamic equilibrium)을 가정하였으며 one-fluid 이론을 적용하였다. 이때 사용된 코드는 DCPTUN으로서 $C^{+}^{+}$로 작성된 열플라즈마 유동의 특성해석 코드인 동시에 SIMPLE 알고리즘을 이용한 유체 코드이다. 시뮬레이션은 2차원 축대칭이며 정렬격자계 및 비정렬격자계 모두에서 사용이 가능하도록 되어있다. 또한 맥스웰 방정식을 통해 electromagnetic field를 풀도록 하여 RF 시뮬레이션이 가능하도록 하였다. 이와 같은 열 플라즈마 시뮬레이션을 통해서 플라즈마 토치의 특성을 알아보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.301-301
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• 2012

지구 온난화와 화석 연료의 고갈이 심각해지면서 청정 에너지원으로서 신재생에너지에 대한 관심이 더욱 고조되고 있다. 신재생에너지 분야의 핵심기술의 하나인 태양전지의 여러 응용분야 중에서 건물 일체형 태양전지의 발전 가능성이 특히 높게 평가되고 있다. Si 계 박막 태양전지 내에 금속 산화물 계 선택적 투과막을 적용하면 선택적으로 적외선영역을 광흡수층으로 반사시키므로 건물 일체형 태양전지에 적용이 가능한 높은 변환효율의 투명 태양전지를 제조할 수 있다. 최근 연구 결과에 의하면 AlTiO 선택적 투과막의 투과율은 표면 평탄도에 의존하며, 타겟에 인가되는 전력을 감소시킴으로써 reactive co-sputtering 시 발생하는 아크 방전을 억제하면 AlTiO 박막의 평탄도가 개선된다는 사실이 알려져 있다. 본 연구에서는 AlTi single 타겟을 이용하여 AlTiO 박막을 형성함으로써 박막 표면을 더욱 개선시켜 가시광선 영역의 투과율을 향상시킨 결과를 보고한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.70-70
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• 2010

일차원 나노구조를 갖는 재료는 크기효과 뿐만 아니라 단결정성, 일차원성으로 인해 새로운 물리적, 화학적 성질과 높은 표면적-부피비 등으로 인하여 많은 관심의 대상이 되고 있다. 일차원 나노구조 중에 특히 GaAs 나노와이어의 경우, 미래의 전자 소자 혹은 광자 소자로서의 잠재력 때문에 많은 연구가 이루어지고 있다. GaAs 나노와이어는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), CBE(Chemical Beam Epitaxy), MBE(Molecular Beam Epitaxy)등의 방법으로 성장시킬 수 있다. 본 연구에서는 아크 방전법으로 합성한 단일벽 탄소나노튜브 템플릿 위에 GaAs를 MBE로 성장시켜 다공성의 GaAs-탄소나노튜브 복합체를 제작하였다. GaAs는 성장온도를 $400^{\circ}{\sim}600^{\circ}C$ 사이로 변화시켜 성장시켰다. 성장온도가 $500^{\circ}C$ 미만일 경우에는 GaAs가 탄소나노튜브 위에서 입상구조로 성장이 되었으며 $500^{\circ}C$ 이상에서는 탄소나노튜브 위에 나노와이어가 성장되었다. 또한, 제작된 GaAs-탄소나노튜브 복합체를 전자 소스로서의 응용가능성을 보기 위해 전계 방출 특성을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.157.2-157.2
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• 2013

현재 산업에서 상압 플라즈마는 생물의학, 표면처리, 용접 및 절단, 화학적 오염제거 등 여러 분야에서 각광받고 있으며 그 잠재력 또한 매우 크다. 통상적으로 글로우 방전은 생물의학, 표면처리, 화학적 오염제거 등에 주로 쓰이고 아크 방전은 용접 및 절단에 응용된다. 이처럼 상압 플라즈마는 여러 가지 방전으로 분류되고 그 특성에 맞게 응용되고 있는데 이러한 산업 여러 분야에 적절히 응용하기 위해서는 각 플라즈마에 대한 진단과 특성 분석이 선행적으로 이루어져야 한다. 또한, 전원회로의 특성에 따라 플라즈마 특성에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구도 매우 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 침 대 면 전극구조에서 고전압 dc전원이 RC시정수에 따라 repetition frequency가 변하는 전원 회로의 여러 parameter에 따라 스트리머-스파크 방전의 전기적 특성이 어떻게 변하는지 연구한다. 또한, 시뮬레이션을 통해 실험에 대한 예측, 비교를 목표로 한다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1997.05b
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• pp.183-188
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• 1997

핵연료 피복관용 Zr신합금을 개발하기 위해서 16종의 신합금을 설계하였다. 설계된 합금은 진공아크용해, $\beta$-열처리, 열간압연, 냉간압연 및 진공열처리의 공정에 의해 판재로 제조되었으며 이들 시편에 대해 35$0^{\circ}C$와 40$0^{\circ}C$에서 부식시험, 상온과 고온에서 인장시험 및 40$0^{\circ}C$에서 크립시험을 실시하여 신합금의 특성을 평가하였다. Zr-Nb-Sn계에 Fe, V, Te, Sb, Ru, Pd의 다른 원소를 미량 첨가하는 다원계 합금에서 Fe와 Cr은 부식특성을 향상시키는데 매우 효과적인 것으로 나타났다. Sb는 기계적강도를 향상시키고 Fe, Cr원소는 연신율을 증가시키는 원소로 밝혀졌으며 Sb와 V은 크립저항성을 매우 향상시킨다. 16종의 합금중 2-3종의 합금은 기존의 Zircaloy-4보다 우수한 내식성을 보였으며 Zr-Nb-Sn-FeCr합금은 ZIRLO와 유사한 부식저항성을 나타냈다. 부식과 크립저항성을 동시에 향상시키기 위해서는 Fe, Cr, Sb원소를 적절히 함유시킨 합금에 대해서 집중적인 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.161-161
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• 2014

열플라즈마는 주로 아크 방전에 의해 발생시킨 전자, 이온, 중성입자(원자 및 분자)로 구성된 부분 이온화된 기체로, 국소열평형상태를 유지하여 구성입자가 모두 수천에서 수만도에 이르는 같은 온도를 갖는 고속의 제트 화염 형태를 이루고 있다. 이렇게 고온, 고열용량, 고속, 다량의 활성입자를 갖는 열플라즈마의 특성을 이용하여, 종래 기술에서는 얻을 수 없는 다양하고 효율적인 산업적 이용이 활발히 진행되고 있다. 용사코팅은 노즐 출구를 통해서 외부로 방출되는 열 플라즈마 화염을 이용하는 것으로 이 화염의 와류 특성으로 인하여 외기의 가스가 화염내부로 침투하는 특성을 가진다. 이러한 현상은 열원의 냉각효과 외에도 외기를 구성하는 기체 분자의 내부 유입을 의미하는 것으로 대기 상태에서 공정이 이루어진다면 열원 내로 유입되는 대기 내의 산소가 모재 표면과 반응하여 산화가 진행된다. 이러한 산화과정은 용사 코팅의 품질을 저하시키는 요인이 되므로, W, Ti 등과 같은 반응성이 높은 재료의 코팅은 산화과정을 방지하기 위하여 진공에서 코팅을 하여야만 한다. 진공 플라즈마용사코팅은 진공 또는 저압의 불활성 분위기 중에서 열플라즈마 화염에 용사재료를 투입하여 플라즈마 화염 내부에서 순간적으로 이를 용융시킨 후 고속으로 분출, 모재에 적층시키는 코팅공정이다. 이때 분말상의 용사재료를 고속으로 화염 중심에 투입하여 최대 에너지 전달이 이루어지도록 하는 것이 적층효율 및 코팅품질을 향상에 필수적이다. 하지만 플라즈마 화염 내부를 고속으로 이동하는 입자의 온도와 속도 및 궤적을 측정하여 제어하는 것은 매우 어렵기 때문에, 통상 형성된 코팅의 구조와 두께로부터 경험적으로 파라미터를 결정하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 초고속 레이저 카메라와 이미지 분석용 소프트웨어를 이용하여 플라즈마 화염내의 비행입자 궤적을 추적하고, 이를 통해 분말 이송가스의 유량이 코팅 효율 및 미세구조에 미치는 영향을 조사하였다. 플라즈마 화염은 중심부가 가장 높은 온도와 속도를 가지고 있기 때문에, 분말 이송가스의 유량이 적을 경우 투입된 분말은 단지 플라즈마 화염의 상부 경계면을 지나는 궤적을 갖게된다. 이로 인해 분말의 용융이 충분히 이루어지지 않아 적층 효율이 낮고 미용융 입자 및 기공이 많은 미세구조를 보였다. 이송가스 유량을 증가시키게 되면, 분말의 궤적은 플라즈마 화염의 중심부를 지나게 되어 적층 효율이 증가하고 미세구조 또한 개선되었다. 하지만 이송가스 유량이 지나치게 클 경우, 투입된 분말 입자는 플라즈마 화염을 조기에 관통하게 되어 비행궤적은 온도와 속도가 낮은 영역에 형성되었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.3
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• pp.189-194
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• 2008

Measurements with a Langmuir probe, which are the most often used procedures of plasma diagnostics, can disturb plasma flows and change its characteristics quite a little because the probe should be inserted into thermal flowing plasmas. In this study, we calculated the characteristics of thermal plasmas with and without the probe into an atmospheric argon free-burning arc numerically, and investigated aerodynamic and thermal disturbances with temperature and axial velocity distributions. For the modelling of thermal plasmas, we have made two governing equations, which are on the thermal-flow and electromagnetic fields, coupled together with a commercial CFD package and user-coded subroutines. It was found that thermal disturbances happened to both sides of the probe, before and behind, seriously. Due to the aerodynamic disturbance, we could find that there were the stagnation point in front of the probe and the wake behind it. Therefore, aerodynamic and thermal disturbances caused by the probe insertion should be considered to increase the reliability of the probe diagnostics.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.192-192
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• 2011

Mo 박막은 열적 안전성과 전기 전도성이 우수한 소재로 CIGS 태양전지의 배면전극으로 사용되고 있다. 스퍼터링법에 의한 Mo 박막의 전도성은 공정압력에 민감하여 높은 압력과 낮은 압력에서 이중박막으로 제조되고 있다. 연구에서는 압력에 크게 영향을 받지 않으면서 전도성이 $10{\mu}{\Omega}-cm$ 이하로 우수한 Mo 박막을 얻을 수 있는 아크 이온플레이팅법으로 Mo 박막을 제조하였다. 그러나 Mo 박막 증착시에 나타나는 높은 압축응력은 기재(Soda lime Glass; SLG)와의 밀착성을 떨어뜨렸다. 기재(SLG)와의 밀착성을 확보하기 위해 Ti 중간층($0.3{\mu}m$, $0.9{\mu}m$)을 증착하고 그 위에 Mo 박막을 증착하여 전도성이 우수한 박막을 제조하였으나 여전히 압축잔류응력의 문제점을 보였다. 압축응력의 완화를 위해 CIGS 박막이 제조되는 $550^{\circ}C$의 온도에서 열처리를 1시간 수행하였다. 열처리를 통해 열처리 전과 후에 나타나는 전도성과 잔류응력의 변화를 공정압력(5 mTorr~30 mTorr)별로 알아보았다. 사용된 시험편은 Si wafer, SLG, SUS계 소재를 이용하였으며 공정압력별로 아크 타겟에 인가되는 전류는 100 A로 고정하였고, 바이어스 전압은 0V, -50V를 인가하였다. 열처리 전과 후에 전도성은 크게 변화가 관찰되지 않았으나 잔류응력에는 많은 변화가 관찰 되었다. 잔류응력은 공정압력(5mTorr~30mTorr)별로 응력 완화가 일어났으며, 바이어스 전압이 0V에서 공정압력이 5 mTorr일 때 열처리 전에 측정된 1346 MPa 압축응력이 열처리 후에는 188 MPa의 인장응력을 나타내었다. 이러한 응력 변화에 대해 XRD와 SEM으로 구조분석을 통해 Mo 박막의 결정성과 전도성 및 잔류응력의 상관관계에 대해 알아보았다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.7 no.3
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• pp.234-243
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• 1997

The crystal structure of arc melted $ZrV_{x}Mn_{1-x}Ni_{1.0},\;ZrV_{x}Mn_{0.8-x}Ni_{1.2},\;ZrV_{x}Mn_{0.6-x}Ni_{1.4}$ alloys which are known to have AB2 type Laves structure was investigated. They had mixed phases of C14 and C15. The radius ratio ($r_{A}/r_{B}$) of atoms in A site to that of B site was found to be an important parameter in explaining the omposition dependence of the crystal structure The C15 structure showed a linear increase with the ratio in as-cast conditions. However, the annealed alloys revealed a definite ratio at which the stability of both phases are divided distinctly. The composition of the alloys could be closely controlled by maintaining the argon pressure in the chamber over 1 arm during arc melting. In contrast, the alloy ingot melted in VIM showed a significant loss of hln.