• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.226-226
• /
• 2011

소형 대기압 플라즈마 소스는 그 형태에 따라 DBD (Dielectric Barrier Discharge)나 Plasma Needle, 혹은 Plasma Jet 등으로 구별되며, 구동 파형의 특성에 따라 DC, RF (Radio Frequency), 혹은 Pulsed 방식 등으로 나뉜다. 또한 코로나 방전도 소형 대기압 플라즈마 장치에서 사용된다. DBD는 1857년 Siemens에 의해 최초로 보고 되었고 산업 분야에서 대규모로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 대향 방전 DBD 대신 유전체 양쪽 면에 전극이 도포된 면방전 형태의 DBD 구조 내부로 He 가스가 흐를 때의 방전에 대한 광학적 진단을 수행하였다. 전극간의 거리와 가스 유속의 변화에 따라 방전 특성이 어떻게 달라지에 대해서 Optical Emission Spectroscopy (OES)를 통하여 생성되는 radical 종의 변화를 측정하고 ICCD (intensified charge coupled device) image를 통해 방전이 시간에 따라 어떻게 진행되는지를 진단하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
• /
• 2006.07c
• /
• pp.1529-1530
• /
• 2006

현재 한빛 플라즈마에서 운영되고 있는 전자기 진단장치는 정전탐침, 자장탐침 및 반자성루프 둥이 있다. 정전탐침은 고정식, 이동식, 고속주사방식 세 종류의 진단장치가 개발되어 실험에 이용되어 왔는데 비교적 쉽게 많은 종류의 probe와 다양한 probe tip을 구성할 수 있기 때문에 한빛 장치에서 axial 및 azimuthal 방향으로 전자 온도/밀도 및 그들의 분포를 측정하고 있다. 단일탐침에서 사용되던 RF 보상기술을 삼중탐침에서도 적용시켜 RF 보상 삼중탐침을 개발하였다. 기존의 삼중탐침의 경우에는 DC에 대해서는 높은 임피던스로 외부에 부유되어 있지만 RF의 경우에는 외부와 부유되지 않고 낮음 임피던스로 연결되어있는 경우가 많았다. 하지만 RF보상 삼중탐침의 경우에는 RF의 경우에도 충분히 큰 임피던스로 부유되어 있다. 따라서 보다 왜곡되지 않은 측정을 할 수 있다. RF보상 삼중탐침을 이용하여 한빛 Mirror 플라즈마에서 axial 방향으로 Plasma 변수들의 변화를 관찰하면서 기존의 탐침에서 볼 수 얼던 여러 특성을 관찰할 수 있었다.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
• /
• v.18 no.6
• /
• pp.593-600
• /
• 2013

The asymmetric pulsed DC reactive magnetron sputtering system is widely used for the high quality plasma sputtering process such as a thin film deposition. In asymmetric pulsed DC power supply a reverse voltage is applied to the target periodically to minimize arc discharging effect. When sputtering in the mid-frequency range (20-350 kHz), the periodic target voltage reversals suppress arc formation at the target and provide long-term process stability. Thus, high quality, defect-free coatings of these materials can now be deposited at competitive rates. In this paper, a new style asymmetric pulsed DC power supply including mid-transformer is presented. In the proposed, an energy recovery circuit is adopted to reduce the mutual inductance of the transformer. As a result, the system dynamics of the voltage control loop is increased highly and the non-linear voltage boosting effect of the conventional system is removed. This work was proved through simulation and laboratory based experimental study.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2001.06a
• /
• pp.15-16
• /
• 2001

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2006.02a
• /
• pp.135-135
• /
• 2006

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2005.11a
• /
• pp.116-116
• /
• 2005

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 1999.07a
• /
• pp.209-209
• /
• 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.

• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.21 no.6
• /
• pp.676-679
• /
• 2010

Nano composite particles were synthesized from a bulk ZrVFe alloy ingot by transferred DC thermal plasma. Effects of plasma gas flow rate on the characteristics of the produced nano composite particles were investigated. The characteristics of the synthesized powder were analyzed by field scanning electron microscopy (FE-SEM), light scattering particle size analyzer (PSA), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffractometer (XRD), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analyzer. As the flow rate of plasma gas increased from 20 L/min to 40 L/min, the average particle size decreased from 91 nm to 55 nm, the particle size distribution became narrower, the surface area increased from $200\;m^2/g$ to $255\;m^2/g$, the particle composition was nearly unaffected, and the particle crystallinity was improved.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.08a
• /
• pp.125-126
• /
• 2010

플라즈마 아킹은 PECVD, 플라즈마 식각 그리고 토카막과 같은 플라즈마를 이용하는 여러 공정과 연구 분야에서 문제점을 야기시켜왔다. 하지만, 이에 대한 연구는 아킹 현상의 불규칙성과 과도적인 행동으로 인해 미비한 상태이다. 특히, RF 방전에서의 아킹 연구는 DC 방전에서의 아킹 연구에 비해 많이 부족한 것이 현실이다. 플라즈마 아킹은 집단전자방출(collective electron emission)에 의한 스파크 방전(spark discharge)현상이다. 집단전자방출은 전계방출(field emission)이나 플라즈마와 쉬스를 두고 인접한 표면위에서의 유전분극(dielec emission)에 의해 발생한다. 이렇게 방출된 집단 전자들은 쉬스에서 가속되어 에너지를 얻게 되고 원자와의 충돌로 전자 아발란체를 일으킨다. 이렇게 배가된 전자들은 아킹 스트리머(arcing streamer)를 형성하게 되고 아킹 발생 시 높은 전류와 공정 실패의 원인이 된다. 우리는 $30cm{\times}20cm$ 크기의 사각 전극을 위 아래로 가진 챔버에서 Ar 가스를 RF(13.56 MHz)파워를 이용해 방전시켰다. 방전 전압과 전류는 파워 전극 압단에서 High voltage probe (Tektronix P6015A)와 Current probe (TCPA300 + TCP312)를 이용해 측정했다. 플라즈마 아킹시 변하는 플라즈마 플로팅 포텐셜은 챔버 중앙에 위치한 랑뮈프 프로브에 의해 측정되고 챔버 옆의 뷰포트 앞에 위치한 PM-tube를 이용해 아킹시 변하는 광량을 측정한다. RF 방전에서의 플라즈마 아킹은 아킹시 플로팅 포텐셜의 변화에 의해 크게 세부분으로 나눌 수 있다. 아킹 발생과 동시에 급격히 감소하는 감소부분 (약 2us) 그리고 감소한 포텐셜이 유지되는 유지부분 (약 0~10ms) 그리고 감소했던 포텐셜이 서서히 원래 상태로 회복되는 회복부분(약 100 us)이다. 아킹 초기시 방출된 집단 전자들과 원자들간의 충돌에 의해 형성된 아킹 스트리머는 플라즈마 전체를 단락시키게 되고 이로 인해 플로팅 포텐셜은 급격히 감소하게 된다. 이렇게 감소한 플로팅 포텐셜은 아킹 스트리머가 유지되는 한 계속 감소한 상태를 유지하게 된다. 그리고 플라즈마를 섭동했던 아킹 스트리머가 중단되면 플라즈마는 섭동전의 원래 상태로 돌아가려 하기 때문에 플로팅 포텐셜은 서서히 증가하면서 원래 상태로 회복된다. 플라즈마 아킹 발생시 생성되는 아킹 스트리머는 순간적으로 많은 전자들을 국소적으로 생성하게 되고 이 전자들에 의해 광량이 순간적으로 증가하게 된다. PM-tube (750.4 nm)에 의해 측정된 아킹시 광량은 정상방전 상태의 두배 가량이 된다. 그리고 이 순간적으로 증가된 광량은 시간이 지남에 따라 감소하게 되고 정상방전 일때의 광량이 된다. 광량이 증가한 후 정상방전 상태의 광량에 이르는 부분은 플로팅 포텐셜이 감소한 상태에서 유지되는 부분과 일치하고 이는 플로팅 포텐셜의 유지부분동안 아킹 스트리머가 발생하고 있다는 간접적인 증거가 된다. 그리고 정상 방전 상태 일때의 광량이 되면 아킹 스트리머가 중단되었다는 것이므로 그 시점부터 플로팅 포텐셜은 정산 방전상태 일 때의 포텐셜로 복구되기 시작한다. 이처럼 PM-tube를 이용한 아킹 광량 측정은 아킹 스트리머를 간접적으로 측정하게 하고 아킹 스트리머를 이용해 아킹시의 플로팅 포텐셜의 변화를 설명하게 해 준다. 응용적인 측면에서 아킹 광량 측정을 이용한 아킹 판독은 방전 전류와 방전 전압과 같은 전기적 신호를 이용한 아킹 판독에 비해 여러가지 장점을 가진다. 우선, 전기적 신호를 이용한 아킹 판독처럼 매칭 회로나 플라즈마를 섭동시키지 않는다. 그리고 원하는 부분의 아킹만을 판독하는 것도 가능하며 photo-diode를 이용할 경우 전기적 신호를 이용하는 것에 비해 경제적으로 유리하다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• v.41 no.3
• /
• pp.238-244
• /
• 2017

Plasma ion nitriding has been widely used in various industries to improve the mechanical properties of materials, especially stainless steels by increasing the surface hardness. It has the particular advantages of less distortion compared to that in the case of hardening of steel, gas nitriding, and carburizing; in addition, it allows treatment at low-temperatures, and results in a high surface hardness and improved corrosion resistance. Many researchers have demonstrated that the plasma ion nitriding process should be carried out at temperatures of below $450^{\circ}C$ to improve corrosion resistance via the formation of the expanded austenite phase(S-phase). Most experimentals studied to date have been carried out in chloride solutions like HCl or NaCl. However, the electrochemical characteristics for the chloride solutions and natural seawater differ. Hence, in this work, plasma ion nitriding of 304 stainless steels was performed at various temperatures, and the electrochemical characteristics corresponding to the different process temperatures were analyzed for the samples in natural seawater. Finally the optimum plasma ion nitriding temperature that resulted in the highest corrosion resistance was determined.