• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.80.1-80.1
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• 2012

표면에너지 (surface free energy, SFE)는 클래팅, 페인팅, 접합 기술에서 매우 중요한 요인이다. 그 이유는 표면에너지가 복합재료에서 결합특성의 척도이기 때문이다. 비록, 고체에서 표면에너지는 test inks의 의미로 간주될 수 있지만, 그것은 표면에너지의 정확한 측정을 위한 편리한 방법이 아니다. 우리는 기판의 표면에너지를 평평한 고체기판에 액체를 떨어뜨려 생긴 접촉각을 사용하여 측정하였고, 고체 기판에서 표면에너지의 플라즈마 표면처리의 영향에 대해 조사하였다. 증류수와 디오도메탄을 접촉각 측정 용액으로 사용하였고, Soda-lime glass와 Si wafer에서 신뢰성 있는 표면에너지 값을 얻을 수 있었다. 플라즈마 표면처리를 12초간 진행하였을 때 glass와 Si wafer에서 최대의 표면에너지 값인 74 $mJ/m^2$을 얻을 수 있었고 플라즈마 표면처리가 표면에너지에 미치는 영향은 두 기판 모두에서 약 300분 가량 지속되었다. 12초 이상의 플라즈마 표면처리를 통해 증가된 표면에너지는 스퍼터를 통해 증착한 크롬 박막과 기판 사이의 본딩력을 강하게 하였다. 실험의 신뢰성을 위해 기판에 미세 박막을 증착하여 박막의 핵이 생성될 때의 접촉각을 플라즈마 표면처리 전후와 비교하였다. 이 결과로부터 플라즈마 표면처리는 재료의 코팅과 페인팅 공정에서 재현성을 부여해주는 매우 효율적이고 중요한 방법이라 결론지을 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.163.1-163.1
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• 2013

플라즈마 시뮬레이션을 수행하기 전에 현 컴퓨터의 계산 능력범위 내에서 물리적으로 타당하게 설명할 수 있는 수치 해석 방법을 먼저 정한다. 예를 들면, 가스 반응이 많고 각 가스 반응 중에 중요가스 반응을 빠르고 선택적으로 선별하고자 할 때, 혹은 외부 입력 변화에 따른 플라즈마 종의 온도 또는 밀도를 대략적으로 파악하고자 할 때는 공간적인 분포를 고려하지 않는 0차원 global 모델링을 이용한다. 압력이 높고 충돌이 빈번한 경우에는 플라즈마를 유체적인 관점에서 기술이 가능하므로, 볼츠만 방정식에서 속도에 관한 0차, 1차, 2차 모멘텀을 이용하여 유도된 유체 방정식을 이용한다. 반대로 압력이 낮고 충돌이 거의 없는 경우에는 플라즈마 입자를 개별적으로 추적하는 입자 전산 모사 방법을 이용한다. 지금까지는 앞에서 언급한 예와 같이, 개별 플라즈마 상태에 맞는 시뮬레이션 코드를 각각 만들어야 했고, 각 코드를 개별적으로 유지 보수해야 했다. 하지만, 개별적으로 코드를 유지 보수를 해야 할 경우에는, 동일한 기능을 하는 함수를 반복적으로 각 코드에 입력해야 하는 불편함이 따르고, 각 수치해석 방법의 장점을 모은 하이브리드 방법과 같은 전사모사를 개발할 때 각 기능을 통합해야 하는 어려움이 따른다. 또한 지금까지 개발된 대부분의 플라즈마 코드는 외부 입력에 대해 유연하지 못한 대처로 새로운 가스 반응을 추가하거나 새로운 수치해석 방법을 추가할 경우에는 코드를 전체적으로 수정해야 하는 어려움이 있었다. 따라서 코드를 통합적으로 관리할 수 있고, 외부 입력에 대해 유연하게 대처할 수 있는 시뮬레이터가 필요했다. 여기에서는 객체 지향 언어인 C++ 언어를 이용하여, 사용자 입력에 대해 유연하게 대처할 수 있고, 복잡한 화학 반응을 특정 수치 해석 방법에 상관없이 통합적으로 관리할 수 있는 코드를 개발하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.209-209
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• 2011

플라즈마 공정에 있어 챔버 및 웨이퍼의 표면 상태변화는 공정 결과에 큰 영향을 끼치게 된다. 챔버 표면에 대한 연구는 많이 진행되어 있지만 대부분의 연구가 챔버 표면에서 일어나는 화학적 반응에 초점을 맞추고 있다. 본 연구에서는 플라즈마 상태 변화에 따른 챔버 표면물질의 전기적 특성 변화를 관찰하였다. 프로브 표면에 Al2O3로 코팅을 하고 플라즈마에 삽입 후 AC 하모닉법을 이용하여 실시간으로 표면의 축전용량을 측정하였다. 그 결과 표면의 축전용량은 플라즈마에 인가한 전력과 표면이 플라즈마에 노출된 시간에 따라 변하는 것이 관찰되었다. 플라즈마에 인가된 전력이 증가되면 처음에는 급격이 축전용량이 증가하였고, 그 후 시간이 지날수록 천천히 수렴되었다. 유전물질의 축전용량은 그 물질의 온도와 연관이 있다. 실험 결과로 미루어 보았을 때, 플라즈마에서의 표면의 축전용량의 변화는 플라즈마로부터 표면으로의 열전달에 의한 표면의 온도 변화에 의한 것으로 이해할 수 있다. 특히, 쉬스에서 가속되는 이온의 포격에 의해 표면 격자가 크게 진동하면서서 일반적인 온도 변화에 의한 축전용량의 변화보다 더 큰 변화가 일어난 것으로 추정된다. 공정에 사용되는 많은 챔버의 표면이나 전극의 표면은 유전체로 코팅되어 있다. 이 유전체의 특성이 온도에 의해 변하게 되면 챔버의 전기적인 특성이 변하게 되어 임피던스 매칭 조건에 변화를 가져온다. 그 결과 플라즈마의 특성도 바뀌게 되어 공정 결과에 영향을 미치게 된다. 그러므로 챔버 표면의 유전특성을 관찰하고 제어하는 것이 플라즈마의 특성을 유지시키는데 중요하다고 할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.135-135
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• 2010

Kstar (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research, 국가핵융합연구장치) ICRF(Ion Cyclotron Range of Frequency) 가열장치를 이용한 이온가열을 추가 gas puffing 과 함께 수행할 예정이다. 안테나와 separatrix사이 간격이 좁혀질수록 안테나의 고주파 부하저항은 올라가는 것으로 알려져 있지만, 안테나에서의 sputtering을 통한 불순물 증가의 원인이 될 수 있으며, 이는 전체 플라즈마 에너지의 손실을 초래할 수 있다. 이를 보완하기 위해 고주파 입사시 플라즈마 외곽, 안테나 전면에 추가적인 연료 가스를 공급하게 되면, 안테나 주위의 플라즈마는 냉각되어 sputtering에 의한 불순물 방출을 줄일 수 있고, 안테나 전면의 플라즈마 밀도는 증가될 것이다. 이를 통한 고주파 부하저항의 증가에 의하여 동일한 고주파 최고전압의 한계 내에서 기존보다 더 큰 출력을 플라즈마에 전달할 수 있을 것이다. 본 발표에서는 단순한 외곽 플라즈마 모델에서의 고속파 전파에 따른 고주파 부하저항의 거동을 살펴봄으로써 예상할 수 있는 추가 gas puffing 효과와 출력 증대량을 설명하고, 구체적인 실험 방법을 토론하도록 하겠다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.495-495
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• 2013

액체 내에 적용 가능한 바이오 플라즈마 소스를 제작하기 위해 텅스텐과 주사 바늘, 카테터 등의 여러 재료를 사용하여 시도를 해보았고 액체에서 방전이 일어날 수 있는 구조를 연구하였다. 전극 위에 절연체를 씌우고 그 위에 전극을 고정시켜 전압을 인가하여 전극 간에 표면방전을 통해서 플라즈마를 생성하는 방식을 사용하였다. 실험 장비는 AC 전압을 사용하였으며(12 kV, 22 kHz) 방전 전압과 방전 전류를 고전압 프로브(Tektronix P6015A)와 전류 프로브(P6021)를 사용하여 측정하였다. 모노크로미터를 이용하여 바이오 플라즈마 소스가 액체 속(수돗물, 증류수, 생리식염수)에서 방전 될 때 에미션 스펙트럼을 분석하여 산화질소(nitric oxide; NO), 과산화수소(hydrogen peroxide; H2O2), hydroxyl radical이 발생함을 확인하였다. 인체 내에서는 온도가 중요한 요소이기 때문에 액체에서 방전할 때 $40^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 이용이 가능하도록 연구하였다. 특히, 우리는 여러 종류의 액체(수돗물, 증류수, 생리식염수)에서의 방전 특성의 광학적 전기적 연구를 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.94.2-94.2
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• 2016

플라즈마 분광진단 기술은 기존 프로브와 달리 플라즈마에 섭동을 일으키지 않고, 전자온도, 밀도와 같은 플라즈마의 물리적 특성 진단과 함께 라디컬의 밀도와 같은 플라즈마의 화학적 특성을 진단할 수 있는 기술로 각광을 받고 있다. 본 발표에서는 레이저진단의 고급 진단을 제외한 플라즈마 변수 측정을 위한 플라즈마 방출 스펙트럼을 이용하는 방출분광진단과 흡수 스펙트럼을 이용한 흡수분광 진단에 대한 소개와 함께, 이를 이용한 플라즈마의 전자여기온도, 전자밀도, 전자회전온도, 기체온도 및 중성종의 절대밀도 온도 측정에 대한 기술과 실례를 소개한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.529-529
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• 2013

플라즈마를 진단하는 데에는 장비적으로나 현실적으로 많은 제약이 따른다. 따라서 측정 할 수 있는 parameter가 적다. 그리고 진단 장비의 성능에 따라서 측정된 data의 신뢰도가 결정된다. 그래서 플라즈마에 레이저를 쏘아서 생성되는 솔리톤의 RADIATION을 이용하여 플라즈마의 특성을 파악하려고 한다. 본 시뮬레이션은 Particle-In-Cell (PIC) 시뮬레이션을 이용하여 Underdense 플라즈마에 Terahertz 레이저를 쏘았을 경우 발생되는 솔리톤의 특성을 파악하였다. 2D 시뮬레이션으로 수행하였으며 플라즈마는 Underdense 플라즈마를 이용하였다. 레이저 Focusing 점의 위치와 솔리톤의 주파수, 플라즈마의 밀도 gradient 에 따른 솔리톤의 이동 및 특징, 플라즈마 밀도에 따른 솔리톤의 특징을 살펴보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.241-241
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• 2011

최근들어 저온플라즈마를 이용한 생물학적 응용분야가 각광을 받고 있다. 특히 전기전도도를 가진 전해질 내에서 형성된 액상 플라즈마는 열손상없이 암, 세균 및 비정상 장기조직의 제거가 가능하다는 점에서 기존 시술들이 가지는 문제를 해결할 수 있다. 허리통증을 유발하는 탈출 수핵을 대용량으로 제거하기위한 플라즈마발생 전극에 관한 연구가 수행되었다. 수핵 분해량을 늘리기 위해서는 플라즈마를 통하여 다량의 수산화기 라디컬을 형성, 수핵표면에 조사해야 한다. 이를 위하여 6개의 텅스텐 전극표면에서 기포를 발생시켜 플라즈마 발생면적을 넓힐 수 있었다. 텅스텐 전극들은 캡톤코딩과 세라믹 스페이서를 통하여 분리되었고, 전극의 후방에는 SUS 재질의 환형 접지전극을 배치하여 6개의 텅스텐 전극표면에서 모두 기포가 발생할 수 있도록 하였다. 시술적용시 플라즈마 및 전극이 가지는 제한 조건은 단백질 변성을 막기위한 섭씨 45도 이하의 온도 상승과 조직에 대한 기계적인 손상 방지를 위한 2.5 mm 이하의 전체 전극 굵기이다. 이를 만족하는 가운데 수산화기 라디컬 형성을 증대할 수 있는 전극의 구조를 결정하기 위하여 1-D 전기 열유체 모델 도입하였다. 모델에서 도출된 기포의 두께를 바탕으로 다중전극간의 거리 조절을 통하여 플라즈마 방전구조를 전극 - 전극 (기포두께${\times}2$ > 전극간 거리)과 전극 - 기포표면 (기포두께${\times}2$ < 전극간 거리)으로 통제하였다. 형성된 플라즈마의 소모전력, 전자 밀도및 수산화기 라디컬의 회전온도를 분석하기 위하여 0.9% 염화나트륨 수용액, 1.6 S/m, 전해질에서 플라즈마 형성를 형성하고 전기신호 및 광학신호를 관측하였다. 전극에 인가된 전압은 340 VRMS이며 운전주파수는 380 kHz이다. 실험 결과, 전극 - 기포표면 방전구조는 전극 -전극 방전구조에 비하여 전해질의 저항역할로 인하여 방전전류가 3.4 Ipp에서 1.6 Ipp로 감소하였으나, 기포표면에서의 물분자의 분해로 인하여 수산화기 라디컬에서의 발광세기는 약 4배 증가하였다. 또한 수산화기의 회전온도 분포상에서도 전극 - 기포표면 방전은 주변 물분자의 열교환으로 인하여 전극 -전극간 방전의 1500K 에 비하여 낮은 400K를 보였다. 이는 전극-기포표면 방전구조의 전극이 낮은 온도의 수산화기를 다량으로 형성할 수 있음을 시사하며, 카데바를 이용한 실험에서 220초에 걸쳐 약 87%의 수핵을 기계적 손상 및 단백질 변형없이 효과적으로 제거함을 확인하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.6.1-6.1
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• 2010

원자층 증착 기술 (Atomic Layer Deposition)은 기판 표면에서 한 원자층의 화학적 흡착 및 탈착을 이용한 nano-scale 박막 증착 기술이기 때문에, 표면 반응제어가 우수하며 박막의 물리적 성질의 재현성이 우수하고, 대면적에서도 균일한 두께의 박막 형성이 가능하며 우수한 계단 도포성을 확보 할 수 있다. 최근 ALD에 의한 박막증착 방법 중 플라즈마를 이용한 ALD 증착 방법에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 플라즈마는 반응성이 좋은 이온과 라디컬을 생성하여 소스간 반응성을 좋게 하여, 소스 선택의 폭을 넓어지게 하고, 박막의 성질을 좋게 하며, 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나 플라즈마를 사용함으로써 플라즈마 내에 이온들이 가속되서 박막 증착 중에 기판 및 박막에 손상을 입혀 박막 특성을 열화 시킬 가능성이 있다. 따라서 플라즈마 발생 영역을 기판으로부터 멀리 떨어뜨린 원거리 플라즈마 원자층 공정이 개발 되었다. 이 기술은 플라즈마에서 생성된 ion이 기판이나 박막에 닫기 전에 전자와 재결합 되거나 공정 chamber에서 소멸하여 그 영향을 최소하고 반응성이 좋은 라디칼과의 반응만을 유도하여 향상된 막질을 얻을 수 있도록 하였다. 따라서 이 원거리 플라즈마 원자층 증착기술은 나노 테크놀러지 소자 개발하기 위한 나노 박막 기술에 있어서 그 활용이 점점 확대될 것이다. 그 적용으로써 리모트 플라즈마 원자층 증착 방법을 이용한 고유전 물질 개발이 있다. 반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 집적회로의 크기를 혁신적으로 축소하여 스위칭 속도(switching speed)를 증가시키고, 전력손실 (power dissipation)을 줄이려는 시도가 이루어지고 있다. 그 중 하나로 고유전율 절연막은 트렌지스터 소자의 스케일링 과정에 수반하여 커지는 게이트 누설 전류를 억제하기 위한 목적으로 도입되었다. 유전율이 크면 동일한 capacitance를 내는데 필요한 물리적인 두께를 늘릴 수 있어 전자의 tunneling을 억제할 수 있고 전력손실을 줄일 수 있기 때문이다. 이와 같은 고유전율 물질이 게이트 산화막으로 사용되기 위해서 높은 유전상수 열역학적 안정성, 낮은 계면 전하밀도, 낮은 EOT, 전극 물질과의 양립성 등의 특성이 요구되는데, 이에 따라 많은 유전물질에 대한 연구가 진행되었다. 기존 gata oxide를 대체하기 위한 가장 유력한 후보 재료로 주목 받고 있는 high-k 물질들로는 Al2O3, HfO2, ZrO2, La2O3 등이 있다. 본 발표에서는 ALD의 종류에 따른 기술을 소개하고 그 응용으로 고유전율 물질 개발 연구 (고유전율 산화물 박막의 증착, 고유전율 산화물의 열적 안정성 평가, Flatband 매카니즘 규명, 전기적 물리적 특성 분석)에 대해서 발표 하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.240.1-240.1
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• 2014

대기압 플라즈마 제트 장치에 주입되는 기체의 유량 변화에 따른 방전 특성을 유체역학적으로 해석하였다. 장치에 주입되는 기체의 유량 변화는 레이놀즈수에 의한 유체 흐름의 상태 변화와 베르누이 정리에 의한 압력 변화를 동반한다. 유리관에 주입되는 기체의 레이놀즈수가 Re<2000이면 층류이며 Re>4000이면 난류, 2000