• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.297-297
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• 2010

KSTAR 토카막의 두번째 실험 캠페인 동안 고속파 전자가열 (FWEH)을 위한 ICRF 고주파입사 실험을 실시하였다. 토로이달 자기장은 2 T, 플라즈마 전류는 200-300 kA, 주반경은 1.8 m, 부반경은 0.5 m의 원형 플라즈마가 가열 대상이 되었으며, 네개의 ICRF 안테나 전류띠 가운데 중심부의 두개의 전류띠를 최대 300 kW로 구동하기 위한 운전 주파수는 44.2 MHz가 선택 되었다. 이 주파수는 플라즈마의 모든 영역에서 이온 사이클로트론 공명을 일으키지 않으므로 플라즈마에 흡수되는 대부분의 출력은 전자에게 전달될 것으로 기대되었다. 낮은 고주파-플라즈마 결합으로 인하여 전송선의 최대 고주파 전압이 허용치를 초과하기 때문에 비교적 낮은 최대 출력만이 허용 되었으나, ECE에 의해 관측된 전자의 온도는 국지적으로 최대 150 % 까지 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 낮은 고주파-플라즈마 결합의 첫번째 원인은 FWEH의 효율이 이온을 가열할 때 보다 상대적으로 낮기 때문이다. 플라즈마 내에 이온 사이클로트론 공명층이 형성되면 높은 효율로 고주파를 입사 할 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 또다른 원인은 D 형상의 플라즈마에 맞도록 만들어진 안테나와, 원형 플라즈마간의 부조화로 인하여 고속파 차단층이 (Fast Wave Cutt-off Layer) 평균적으로 넓게 형성되기 때문이다. 플라즈마 외곽에 반드시 존재하는 낮은 플라즈마 밀도의 고속파 차단층 내부에서, 중심부로 향하는 고주파의 진폭은 지수함수로 감쇠하므로 가능하면 플라즈마 밀도를 높여 차단층 자체의 폭을 줄이거나, 안테나 전류띠를 플라즈마에 바짝 접근시켜야만 한다. 고주파 진단 장치로는 송출기의 출력과 반사파 측정 장치, 공명루프의 전압 측정 장치가 있는데, 이것들을 이용하여 안테나에 전달되는 출력 및 고주파-플라즈마 결합 효율을 나타내는 플라즈마에 대한 고주파 부하 저항을 구할 수 있다. 측정 결과, 부하 저항의 최소값은 진공시 또는 ICRF만의 방전시의 값 0.25 Ohm 보다 큰 0.5 Ohm을 나타냈으며, 최대값은 플라즈마의 상태에 따라 1 Ohm에서 2 Ohm 사이에서 매우 빠르게 요동하는 것을 확인했다. Mm 파 반사계의 측정에 의하면 플라즈마 언저리의 위치가 약 3 cm 정도의 크기로 요동하는 것으로 나타났는데, 부하 저항과 언저리 위치의 파형이 정확하게 일치하지 않지만 유사한 경향성을 가진 것으로 보인다. 따라서 플라즈마 언저리 위치의 제어를 통하여 가열 효율을 높게 유지할 수 있음을 알 수 있다. 본 발표에서는 실험의 소개와 함께 부하 저항의 관점에서 가열 효율을 높일 방안을 토론하도록 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.455-455
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• 2011

탄소나노튜브(CNT)는 우수한 전기적, 화학적, 기계적 특성으로 인해 전자기술 분야에 있어서 많은 응용이 가능한 나노소재로 각광을 받고 있으며, 실질적으로 CNT를 이용하여 트렌지스터, 전계방출원, 이차 전지 등으로의 응용연구가 진행되고 있다. 일반적으로 CNT 합성을 위해 전이금속의 촉매가 필요하며 또한 촉매가 나노입자로 형성이 되어야 CNT 합성이 가능하다. 기존에는 CNT 합성기판으로 실리콘 웨이퍼 위에 완충층(buffer layer)과 촉매층을 증착하여 사용하였다. 완충층은 촉매가 기판의 내부로 확산하는 것을 막아주며, 촉매의 나노입자 형성을 원활히 함으로 고효율 합성과 구조제어를 가능하게 한다. 그러나 사용되는 완충층은 알루미나 또는 실리콘 산화막과 같은 절연막이기 때문에 CNT 고유의 우수한 전기전도도를 그대로 이용할 수 없다는 문제가 있다. 그러므로 보다 폭넓은 응용을 위해서는, 완충층의 사용없이 전기전도도가 좋은 금속기판에서 CNT를 직접 합성시키는 것이 중요하며, 이때 적절한 크기의 촉매 나노입자를 형성시키기 위한 각종 표면처리법 등이 현재까지 연구되어 왔다. 본 연구에서는 Inconel 600 합금을 합성기판으로 하여 CNT의 고효율 합성에 대하여 연구하였다. 촉매의 나노입자 형성을 위하여 고온 산화처리 및 플라즈마 이온조사처리 등을 실시하였으며, CNT의 고효율 합성에 미치는 영향을 조사하였다. 결과로서, 두 종류의 전처리를 혼합하여 처리한 Inconel 600 기판에서 높은 밀도의 미세한 나노입자가 형성되었고, CNT의 고효율 합성까지 얻을 수 있었다. 이는 Inconel 600 고유의 표면산화특성 및 플라즈마 이온조사에 따른 표면구조 변화가 그 원인으로 사료된다. 발표에서는 고효율 합성결과 및 합성기전에 대하여 보다 자세히 토의하고자 한다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.165-165
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• 2009

현재 반도체나 이동통신 분야는 사용자의 요구에 따라 PCB의 회로선폭이 갈수록 좁아지고 있다. 이러한 정밀 부품을 제조하기 위한 제조공정에서 각광받기 시작한 기술 중 하나가 대기압 플라즈마 기술이다. 본 연구에서는 미세패턴 형성이 가능한 에폭시 본딩 필름위에 무전해 도금공정을 통한 패턴 도금법을 이용하여 패턴을 형성하였고, 형성된 패턴에 대기압 플라즈마 처리 횟수에 따른 접촉각(Contact Angle)과 Peel Strength의 변화를 분석하였다. 또한 에폭시 본딩 필름을 이용한 Build-up공정을 거쳐 Micro Via를 형성하여 대기압 플라즈마 처리 횟수에 따른 Via 표면을 분석하였다. 대기압 플라즈마 기술은 진공식에 비해 소규모 장비를 이용한 전처리가 가능하고, 초기 설비비용을 절감하는데 탁월한 효과가 있어 널리 사용하는 기술 중 하나이다. 이 연구를 통하여 대기압 플라즈마 처리 횟수에 따른 표면에너지의 변화로 인한 접촉각이 좋아지는 것을 알 수 있으며, 대기압 플라즈마 처리를 한 패턴표면이 친수성으로 변하면서 현상된 드라이 필름 사이로 도금액이 원활히 공급되어서 미세패턴 모양이 우수하게 구현되었음을 알 수 있었다. 또한 Via Filling에도 뛰어난 효과가 있었음을 확인할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.211.2-211.2
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• 2016

그래핀은 본연의 우수한 물성으로 인하여 전자소자, 에너지 저장매체, 유연성 전도막 등 다양한 분야로의 응용가능성이 제기되었으나, 실제적인 응용을 위해서는 구조적인 결함을 최소화하며, 특성을 자유로이 제어하거나 향상시키는 공정의 개발이 요구된다. 특히 그래핀을 전자소자로 응용하기 위해서는 전기적 특성을 제어하는 것이 요구된다. 일반적으로 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑은 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 표면에 흡착시켜 기능화 된 그래핀을 얻는 방법으로, 특정 가스 분위기에서 고온 열처리하거나 활성종들이 존재하는 플라즈마에 노출시키는 방법이 제시되었다. 특히 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 단시간의 처리로 도핑이 가능하고, 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 수월하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 플라즈마내의 극성을 띄는 다양한 활성종들의 충돌효과로 인하여 구조적인 손상이 발생하여 오히려 특성이 저하될 수 있어 이를 고려한 플라즈마 공정조건의 설정이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마에 노출된 그래핀의 Raman 특성을 고찰함으로써 화학적 도핑과 구조적인 결함의 경계를 확립하고 구조결함의 형성을 최소화한 효율적인 도핑조건을 도출하였다. 그래핀은 물리적 박리법을 이용하여 300 nm 두께의 실리콘 산화막이 존재하는 실리콘 웨이퍼 위에 제작하였으며, 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 전극의 위치, 인가전력, 처리시간을 변수로 암모니아($NH_3$) 플라즈마를 방전하여 그래핀의 Raman 특성변화를 관찰하였다. 그래핀의 구조적 결함 및 도핑 효과는 라만 스펙트럼의 D, D', 2D밴드의 강도와 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. 그 결과, 인가전력과 처리시간에 따라 결함형성과 질소도핑 영역이 구분 가능함을 확인하였으며, 이를 바탕으로 결함형성을 최소화한 효율적인 도핑조건이 접지전위, 0.45 W의 인가전력, 처리시간 10초이며, 최적조건에서 계산된 도핑레벨은 $1.8{\times}10^{12}cm^{-2}$임을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.238.1-238.1
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• 2015

2차원 탄소나노재료인 그래핀은 본연의 우수한 물성으로 인하여 전자소자, 에너지 저장매체, 유연성 전도막 등 다양한 분야로의 응용가능성이 제기되었다. 그러나 실제적인 응용을 위해서는 그래핀의 구조적인 결함을 최소화하며, 특성을 자유로이 제어하거나 향상시키는 공정의 개발이 필요하다. 일반적으로 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑의 방법으로는 그래핀을 특정 가스 분위기에서 고온 열처리하거나 활성종들이 존재하는 플라즈마에 노출시킴으로써, 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 표면에 흡착시켜 기능화 된 그래핀을 얻는 방법 등이 제시되었다. 특히 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 단시간의 처리로 효율적인 도핑이 가능하고, 인가전력, 처리시간 등의 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 수월하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 플라즈마 내에 존재하는 극성을 띄는 다양한 활성종들로 인하여 그래핀에 구조적인 결함을 형성하여 오히려 특성이 저하될 수 있어 이를 고려한 플라즈마 공정조건의 설정이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마에 노출된 그래핀의 Raman 특성을 고찰함으로써 화학적 도핑과 구조적인 결함의 경계를 확립하고 구조결함의 형성을 최소화한 효율적인 도핑조건을 도출하였다. 고품질 그래핀은 물리적 박리법을 이용하여 300 nm 두께의 실리콘 산화막이 존재하는 실리콘 웨이퍼 위에 제작하였으며, 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 전극의 위치, 인가전력, 처리시간을 변수로 암모니아(NH3) 플라즈마를 방전하여 그래핀의 Raman 특성변화를 관찰하였다. 그래핀의 구조적 결함 및 도핑은 라만 스펙트럼의 D, G, D', 2D밴드의 강도비와 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. 그 결과, 인가전력과 처리시간이 증가함에 따라 그래핀의 도핑레벨이 증가되고, 이후에는 도핑효과가 없어지고 결함의 정도가 상승하는 천이구역이 존재하며, 이를 넘어서는 너무 높은 인가적력의 처리는 그래핀에 결함을 형성하여 구조적인 붕괴를 야기함을 확인하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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• pp.182-182
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• 2015

레이저 홀로그램을 이용하여 $N_2$ 플라즈마를 진단하였다. 홀로그램 이미지에서 추출한 데이터는 optical emission spectroscopy와 langmuir probe로 측정한 데이터와 매우 유사한 경향성을 보였다. 이는 홀로그램 센서가 플라즈마의 전기 광학적 입자 정보를 제공할 수 있음을 의미한다. 홀로그램 안에 이 같은 정보가 저장될 수 있는 원리는 빛을 구성하는 양의 전하를 가지는 입자와 진공을 채우고 있는 음의 입자가 함께 형성하는 전자기적 에너지 필드의 형성에 있음을 밝힌다. 이러한 원리에 기초해서 그간 개발된 센서들을 소개한다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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• pp.308-309
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• 2015

선형 이온빔 적용 플라즈마 표면처리 기술 및 코팅 공정을 통해서 고경도 투명 박막 형성 연구를 수행하였다. 플라즈마 전처리를 통해서 박막과 기판 사이의 밀착력을 향상시키고, advanced linear PECVD와 advaced plasma source를 적용하여 SiOxNy계의 박막을 형성하였다. 그 결과 투과도 92 % 이상, 표면 경도 6.3~6.9 GPa 이상의 고경도 투명 박막을 개발하였다. 본 연구 공정을 바탕으로 고경도의 투명 보호 필름 및 투명 디스플레이에 응용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.222-222
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• 1999

플라즈마 이온주입장치는 수십 kV의 음전압 펄스를 타겟에 인가하여 플라즈마 쉬스 전위에 의해 이온을 가속시켜 다차원 형태의 타겟 표면의 내마모성, 강도 및 경도를 쉽고 간단하게 증가시킬 수 있는 신기술 장비이다. 이때 인가되는 음전압 펄스는 펄스회로가 갖는 RC로 인하여 고유한 유한 오름시간의 음전압 펄스가 타겟에 인가되고 펄스 특성에 따라 타겟 주변에 시변환 쉬스가 형성되는데 시변환 쉬스에 대한 정확한 이해를 통해서 시편에 주입되는 이온의 양을 예측할 수 있다. 본 연구에서는 유도 결합형 플라즈마를 이용한 플라즈마 이온주입장치에서 평면 타겟 경우의 펄스 오름시간, 유지시간 및 내림시간 동안에 형성되는 쉬스의 거동 및 타겟의 크기가 쉬스에 미치는 영향을 실험적으로 관찰하고 이론결과와 비교하였다. 기존의 실험에서 펄스 유지시간 이후의 탐침전류 곡선에서 쉬스의 거동처럼 보였던 현상은 ion acoustic wave의 진행으로 보이며 위치에 따른 탐침 전류 곡선의 정확한 해석을 통하여 실제 플라즈마 이온주입장치내에서의 쉬스의 거동을 관찰할 수 있었다.

• 한국진공학회지
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• 제2권1호
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• pp.92-98
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• 1993

Si 기판 위에 증착된 Al 박막을 질소 ECR 플라즈마에 노출시켜 시료를 제작하고 분광타원해석법으로 분석한 결과 Al박막에 질화층이 형성되었음을 확인하였다. 사용한 질소 ECR 플라즈마의 전자온도와 전자밀도는 챔버내의 위치에 따라 각각 10~20eV, 0.9~1.2$\times$1011/㎤의 값을 보였다. 질소 ECR 플라즈마에 노출된 기판은 급격한 온도상승을 보였으며 노출시킨 뒤 5~6분이 지나면 $500^{\circ}C$ 근처에서 포화상태를 이루었다. 분광타원해석상수인 $\Delta$와 Ψ를 분석한 결과 증착된 Al의 두께는 시료에 따라 $140~160AA$이었고 표면에 형성된 AIN 층의 두께는 질소 ECR 플라즈마에 노출된 시간이 길수록 그리고 시료의 위치가 공명지점에 가까울수록 증가하였다. AlN층의 두께가 노출시간의 제곱근에 비례하는 것으로부터 AlN층은 Al의 표면에 흡착된 질소가 Al속으로 확산하여 이루어진 것으로 설명하였다.

• 한국재료학회지
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• 제7권1호
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• pp.27-32
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• 1997

본 연구에서는 고밀도 플라즈마를 형성하는 planar magnetron RF 플라즈마 CVD를 이용하여 DLC(diamond-like carbon) 박막을 합성하였다. 이 방법을 이용하여 DLC 박막을 합성한다면 고밀도 플라즈마 때문에 종래의 플라즈마 CVD(RF-PECVD)법보다 증착속도가 더욱더 향상될 것이라는 것에 착안하였다. 이를 위해 magnetron에 의한 고밀도 플라즈마가 존재할 때도 역시 DLC박막형성에 미치는 RF 전력과 반응가스 압력이 중요한 반응변수인가에 대해 조사하였고, 일정한 자기장의 세기에서 RF전력과 DC self-bias 전압과의 관계를 조사하였다. 또한 RF전력변화에 따른 박막의 증착속도와 밀도를 측정하였다. 본 연구에 의해 얻어진 박막의 증착속도는 magnetron에 의한 이온화율이 매우 높아 기존의 RF-PECVD 법보다 매우 빠르며, DLC박막의 구조와 물질특성을 알아보기 위해 FTIR(fourier transform infrared)및 Raman 분광분석을 행한 결과 전형적인 양질의 고경질 다이아몬드상 탄소박막임을 알 수 있었다.