• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.08a
• /
• pp.133-133
• /
• 2010

중성입자빔 입사장치(neutral beam injection, NBI)의 중성빔 에너지 효율은 이온원의 수소 이온밀도 분율이 결정한다. 이온원에서 만들어진 $H^+$, $H_2^+$ 그리고 ${H_3}^+$는 중성화 과정(neutralization) 중 해리(dissociation) 때문에 각각 입사 에너지의 1, 1/2 그리고 1/3을 가진 중성입자가 된다. 중성빔 에너지 효율 제고하기 위해서는 이온원의 전체 이온 중 단원자 수소 이온 밀도 증가가 필요하다. 유도결합형 수소 플라즈마 이온원에서 RF 안테나 주파수에 따른 플라즈마 밀도와 단원자 수소 이온 밀도 비율 변화를 관찰하였다. RF 플라즈마에서 가스 압력이 결정하는 전자의 운동량 전달 충돌 주파수 대비 높은 RF 안테나 주파수(13.56 MHz)와 낮은 RF 안테나 주파수(수백 kHz)의 전력을 인가하였으며, Langmuir 탐침, 안테나 V-I 측정기 그리고 QMS(quadrupole mass spectrometer)을 이용하여 플라즈마 특성을 진단하였다. 플라즈마 밀도와 수소 이온 밀도 분율은 플라즈마 가열 메커니즘과 수소 플라즈마 내 반응 메커니즘에 의해 결정된다. 플라즈마 가열 메커니즘에 따른 실험 결과에 대한 RF 안테나 주파수 효과는 플라즈마 트랜스포머 회로 모델을 통해 해석하였으며, 수소 플라즈마 내 반응은 0-D 정상 상태의 입자 및 전력 평형 방정식 결과로 해석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.08a
• /
• pp.319-319
• /
• 2011

KSTAR ICRF 안테나 장치에서 외곽 플라즈마 밀도분포는 고주파 출력이 내부로 전달되는 효율을 위해 중요하게 다루어 진다. 따라서 1.5T의 자기장에서 플라즈마에 간섭없이 0~$10^{14}/cm^3$의 외곽 플라즈마 밀도분포를 측정할 수 있는 Q-band 대역의 x-mode 반사계가 필요 하였다. 헬리콘 플라즈마는 $10^{13}/cm^3$ 이상의 높은 플라즈마 밀도를 수 kW 이내의 rf power와, 수 MHz 대역의 고주파원을 사용하여 높은 에너지 효율로 얻을 수 있다. 이때 높은 플라즈마 밀도는 외곽 플라즈마 밀도 와 비슷하여 제작한 반사계를 테스트 할 수 있다. 본 연구에서는 x-mode microwave 반사계를 제작하고, 1kW rf power와 10MHz 고주파원으로 헬리콘 플라즈마를 생성하여 정전 탐침으로 진단하였고, 반사계의 Q-band대역의 주파수를 가변 하여 반사되어 나오는 마이크로파의 beat 주파수를 통해 밀도 분포를 얻어서 정전탐침과 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.219-219
• /
• 2011

공정용 유도 결합 플라즈마(ICP)에서 강자성체인 페라이트를 이용하여 제작한 발룬 변압기(balun transformer)를 사용하여 플라즈마 밀도를 높이는 실험을 수행하였다. 실험에서는 2개의 발룬 변압기를 이중구조 안테나에 설치하여 실제 인가되는 전압이 접지전위 대비＋V에서 ${\pm}$V/2로 변환되도록 구성하였다. 20~100 mTorr 압력 범위의 아르곤 기체 50 sccm에 30~70 W범위의 전력을 인가하여 반응용기의 중앙과 벽면에서 부유 탐침법을 적용하여 플라즈마 밀도를 측정 하였다. 같은 압력과 같은 전력에서 발룬 변압기를 사용했을 때와 회로에서 변압기만 제거한 실험을 비교하면 반응용기 중앙에서 플라즈마 밀도가 평균 10% 증가함을 보였다. 이는 안테나에 발란스 된 전압이 인가되면 플라즈마 균일도가 증가하고 부유전위(floating potential) 대비 플라즈마 전위(plasma potential)가 낮아져서 이온에 의한 손실이 줄어들어 전자가 더 많은 에너지를 흡수해서 나타나는 현상이다. 특히 E-mode에서 H-mode로 전환되면 플라즈마 밀도가 크게 증가함을 보였고, 반응용기 벽면에서는 발룬 변압기를 사용했을 때 밀도가 낮다가 H-mode로 전환 시 비교실험 대비 밀도가 크게 증가함을 볼 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.214.1-214.1
• /
• 2016

최근 대기압 플라즈마의 활용분야는 기판의 표면처리, 바이오 분야 등에 널리 활용되고 있지만, 현재까지 정립된 대기압 플라즈마 분석법은 광학적, 전기적 방법으로 이를 통해 대기압 플라즈마를 분석하는데 어려움을 겪고 있다. 가장 널리 사용되는 OES(Optical Emission Spectroscopy) 측정법의 경우에는 플라즈마로부터 방출되는 광을 측정하여, 방출 강도로부터 플라즈마 밀도를 얻는데 어려운 점이 있다. 전기적 진단법 중 하나인 랑뮤어 탐침은 주로 진공장비에서만 사용가능하며, 대기압플라즈마에서 직접 접촉하여 플라즈마에 영향을 주어, 플라즈마 밀도를 정확히 측정하기 어렵다. 본 연구에서는 대기압 플라즈마의 캐페시턴스을 측정하여 플라즈마의 밀도를 측정하였다. DC power supply에서 발생된 DC전원을 인버터를 통해서 AC전원으로 변환한 뒤, Ar가스를 석영관에 주입하여 대기압 플라즈마 젯를 발생시켰다. 발생된 대기압 플라즈마를 석영관 외부 전극 사이에 캐패시턴스로 플라즈마 밀도를 측정하였다. Ar 가스 유량에 따라 플라즈마 밀도를 변화를 살펴보았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.218-218
• /
• 2011

Tokamak 플라즈마는 ICRF 영역에서 외곽 플라즈마 부근에 CUT-OFF밀도가 있으며, 이보다 낮은 밀도에서는 ICRF 전파가 투과하지 못하는 전파 장벽이 존재하게 된다. 이때 전달되는 효율은 안테나 부하저항으로 알 수 있으며, 이는 전파장벽이 낮을수록 큰 값을 갖는다. 따라서, 전파장벽은 에너지 전달 효율을 급격히 떨어뜨리므로 전파 장벽의 특성을 분석하고 이를 낮추는게 매우 중요하다. CUT-OFF 밀도는 자기장, k_par, 구동주파수, 플라즈마 밀도에 의존하게 되고, 측정한 밀도 분포를 통해 전파장벽의 구간을 안다면,이를 이용하여 안테나의 부하저항과의 의존성을 알 수 있다. 본 연구에서는 이러한 외곽 플라즈마 밀도 분포를 얻기 위해 토카막의 언저리 영역에서 플라즈마에 간섭없이 $10^{18}{\sim}10^{19}m^{-3}$의 플라즈마 밀도를 진단할 수 있는 9GHz~30GHz의 microwave를 사용하는 반사계를 설계하였으며,플라즈마 변수와 ICRF 운전 변수에 따른 부하저항의 계산결과와 반사계 시스템 설계에 대한 내용이 발표될 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.558-558
• /
• 2013

유도 결합 플라즈마는 반도체 및 디스플레이 플라즈마 공정에서 널리 사용되고 있으며, 이때 대표적인 플라즈마 변수인, 플라즈마 밀도, 전자 온도 그리고 그들의 공간 균일도는 공정결과 및 소자 품질에 직접적인 영향을 준다. 하지만, 기존의 통상적인 유도 결합 플라즈마에서의 안테나 구조는 용량성 결합에 의한 이온 에너지 손실, 불 균일한 플라즈마 밀도 분포 그리고 높은 안테나 전압을 야기한다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 SMP, 다중 전력 인가 대칭형 안테나를 고안하여 플라즈마 밀도의 공간 균일도 개선하였다. 구조적으로 두 개의 안테나가 수평면 상에 일정한 간격으로 중첩되며, 전기적으로 다중 전력을 인가하여 안테나 임피던스를 낮추고 안테나 전압을 방위각상 균등 배분하여 용량성 결합 문제를 저감함으로서 플라즈마의 회전방향 균일도를 개선할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.586-586
• /
• 2013

저밀도 플라즈마는 반도체 공정, 나노 신소재 분야 및 우주 항공 분야 등 여러 분야에 이용되며, 플라즈마 진단 및 분석을 통해 효과적인 플라즈마 제어가 가능하다. 특히, 전자 에너지 분포 함수(Electron Energy Distribution Function, EEDF)는 전자 온도, 플라즈마 밀도 및 플라즈마 전위 등의 플라즈마 변수를 측정하거나 전자 가열 매커니즘 등을 이해하는데 있어서 매우 중요하므로 정밀한 측정이 필요하다. 그러나 RF fluctuation에 의해 낮은 전자 에너지 부분에서 EEDF가 왜곡되어 측정된 데이터 및 분석의 신뢰도가 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 RF fluctuation 보상을 위한 쵸크 필터가 사용되며, 쉬스 임피던스에 비해 쵸크필터의 임피던스가 클수록 보상 효과는 높아진다. 하지만 플라즈마의 밀도가 낮아지면 쉬스 확장에 의해 쉬스 임피던스가 증가하므로 쵸크 필터에 의한 보상만으로는 충분한 개선 효과를 얻기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 효과적인 RF fluctuation 보상을 위해 임피던스가 높은 쵸크 필터를 설계하고 추가적으로 레퍼런스링에 전압을 걸어 쉬스의 임피던스를 줄이는 방법도 적용하였다. 유도결합방식으로 $10^{-8}cm^{-3}$ 대의 저밀도 아르곤플라즈마 방전시켰으며, 단일 랑뮤어 탐침법으로 EEDF를 측정한 결과 낮은 전자 에너지 부분의 왜곡이 개선됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.242-242
• /
• 2011

현재 반도체 및 디스플레이 장비들이 공정 매개변수 및 플라즈마 변수를 독립적으로 제어하기 위하여 전원 주파수를 다양하게 사용된다. 플라즈마의 상태나 에너지 전달 효율은 반도체 및 디스플레이 공정에 중요한 요소이다. 따라서 플라즈마 발생장치의 전원 주파수를 바꾸었을 때의 플라즈마 밀도와 에너지 전달 효율에 관하여 연구하였다. 공정용 유도 결합 플라즈마(ICP)를 발생시키기 위하여 신호 발생기에서 전력 증폭기와 임피던스 정합회로(Matcher)를 거쳐 반응 용기에서 플라즈마를 발생시켰다. 6 mTorr의 압력에서 주파수는 13.56 MHz에서부터 80 MHz까지, 15~60 W의 전력을 인가하였다. 플라즈마의 에너지 효율을 측정은 제작한 로고스키코일(Rogowski Coil)을 이용하여 시스템 전반을 등가회로로 계산하였으며, 플라즈마 밀도는 반응용기 중앙에서 부유 탐침법을 적용하여 도출하였다. 같은 전력 조건에서 주파수가 증가함에 따라 플라즈마 밀도가 증가함을 볼 수 있었다. 그러나 플라즈마 에너지 효율은 주파수가 높아짐에 따라 점점 커지다 작아지는 경향을 볼 수 있었다. 에너지 전달 효율의 변화는 정합회로의 표피효과(Skin effect)에 기인하며 플라즈마 밀도의 변화는 이온의 에너지 손실에 기인한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2016.02a
• /
• pp.94.2-94.2
• /
• 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
• /
• 1999.07a
• /
• pp.231-231
• /
• 1999

PDP(Plasma Display Panel)는 21세기 디스플레이 시장을 대체할 차세대 디스플레이 장치로서 넓은 시야각, 얇고, 가볍고, 메모리기능이 있다는 여러 가지 장점들을 가지고 있지만 현재 고휘도, 고효율, 저소비전력 등의 문제점들을 해결하여야 한다. 이러한 문제점들의 해결을 위해서는 명확한 미세방전 PDP 플라즈마에 대한 정확한 진단 및 해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 미세 면방전 AC-PDP 플라즈마의 기초 변수들 (플라즈마 밀도 & 온도, 플라즈마 뜬 전위, 플라즈마 전위 등의 측정을 통해 고휘도, 고효율 PDP를 위한 최적의 방전환경을 알아내는 데 있다. 일반적으로 전자의 밀도는 방전전류에 비례하는 관계를 보인다. 전류에 대해 방전전압이 일정하다면 전자밀도가 커짐에 따라서 휘도는 포화되며 상대적으로 휘도와 전류의 비로 표시되는 발광효율은 감소하게 된다. 반면 전자밀도가 상당히 작다면 휘도는 전자밀도에 비례하고 효율은 최대값을 보인다. 따라서 미세구조 PDP에서 휘도와 발광효율, 양쪽에 부합하는 최적의 방전환경을 플라즈마 전자밀도와 온도의 측정을 통해서 해석하는 것이 필요하다. 본 실험에서는 방전기체의 종류와 Ne+Xe 방전기체의 조성비에 따른 플라즈마 밀도, 온도의 공간적인 분포특성을 진단하기 위해서 초미세 랑뮈에 탐침(지름: 수 $mu extrm{m}$)을 제작하였다. 제작된 초미세 탐침을 컴퓨터로 제어되는 스텝핑모터를 장착한 정밀 X, Y, Z stage에 부착하여서 수 $\mu\textrm{m}$간격의 탐침 삽입위치에 따라서 미세면방전 AC-PDP의 플라즈마 밀도 및 온도분포 특성을 진단하였다. PDP 방전공간에 초미세 랑뮈에 탐침을 삽입해서 -200~+200V의 바이어스 전압을 가해준다. 음의 바이어스 전압구간에서 이온 포화전류를 얻어내어 여기서 플라즈마 이온 밀도를 측정하고 양의 바이어스 전압구간에서 플라즈마 전자온도를 측정하면 미세면방전 AC-PDP 플라즈마의 기초 진단이 가능하다.