• The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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• v.39 no.11
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• pp.1219-1226
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• 1990

This paper is to report the results on the design and construction of a thermal plasma generator with high current DC source. Also, this paper presents the methods to stabilize plasma and to find effects of process variables on plasma characteristics. For this purpose, the reaction chamber, vacuum system, plasma generating torch, magnetic field generating coil with power supply, high current DC source and the other parts have been designed. Fundamental properties of the thermal plasma under various conditions have been measured and analyzed. Magnetic Reynolds Number has been introduced to explain the relationship between plasma and external magnetic field. Through this number, the effect of magnetic field on the plasma has been explained under various flow rates and pressure. A sudden increase in the plasma voltage has been observed with the increase of magnetic field. From this, fundamental changes in plasma flow are believed to occur at the nozzle, and an effort to explain the phenomenon has been tried.

• Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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• 2006.05a
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• pp.200-204
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• 2006

본 연구에서는 새로 고안된 NOT-AND 논리에 의한 방전 논리 gate PDP의 입력 DC 방전특성에 대해 고찰하고 동작특성을 해석하였다. 새로 고안된 방전 AND gate는 방전 경로에 따른 전극사이의 전위차의 변화로 AND 출력을 유도한다. 이러한 방전 논리 소자를 가지는 PDP에서는 직류방전이 논리게이트의 역할을 한다. 실험결과 이 DC 입력방전을 위해 priming 방전을 인가한 경우가 인가하지 않은 경우에 비해 방전지연시간이 1/3로 단축되며 방전개시전압은 1/2로 감소하였다. 또한 이 priming 방전은 방전종료후 $30{\mu}s$ 정도까지 영향을 미친다. 그리고 이 직류방전의 시간적, 위치적 방전특성을 측정한 결과, 방전에 따른 시간적 거리의 변화는 상당한 영향을 미치나 인접 전극들의 위치적인 영향은 거의 미미하다는 결론을 얻었다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2008.06a
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• pp.490-492
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• 2008

고압 전원 장치(High Voltage Power Supply)는 근래에 와서 산업전반에 응용이 매우 광범위하게 확산되고 있고 고전압 장치가 필수적으로 이용 되어야 하는 분야가 점차 확산되고 있다. 응용분야로는 신소재 개발과 플라즈마 응용을 위한 공업용과 민생용, 의료기기용, 군사용, 또한 프린터에 이르기까지 다양하게 있다. 가정이나 사무실에서 쉽게 접할 수 있는 IT장비인 프린터인 경우에도 전원 공급 장치의 측면에서는 화상형성에 있어 가장 필수적인 안정적이고 다기능을 가지는 고압 전원장치를 적용하고 있고, 수요 또한 증가하고 있다. 본 논문은 낮은 입력 DC전압에서 높은 음의 DC전압을 출력하는 높은 전환 비의 극성 반전 형 DC/DC 전력 변환 회로에 관한 것으로써, 하나의 스위치, 하나의 인덕터, 그리고 다수개의 캐패시터와 다이오드로 구성된다. 기존의 극성 반전 형 DC/DC 컨버터 회로와 비교하여, 고압 변환 트랜스포머 대신에 인덕터를 사용할 수 있어, 자기 소자의 부피 및 크기는 물론 원가저감이 가능하다. 또한 반도체 소자의 Voltage Stress가 감소된다. 제안된 회로의 원리를 분석하고, 종래의 고압 전원장치와 비교함으로써 장점을 알아본 후, 동작원리에 대한 타당성을 Simulation 및 실험을 통하여 검증한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.243-243
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• 2012

화석연료를 대체할 새로운 청정 에너지원의 요구가 높아지고 있는 현 시점에서 고효율, 무공해, 무소음 등의 장점으로 인해 친환경적 에너지원으로 연료전지의 수요가 증가하고 있다. 연료전지 분리판으로 고밀도 흑연을 종래에 가공하여 제작하였는데, 가공이 어렵고, 비용이 크게 들며, 대량생산이 어렵다는 등의 문제로 스테인리스강을 위주로 한 금속 분리판 개발이 이루어지고 있다. 본 연구에서는, 낮은 가격, 고속 증착, 우수한 가공성, 높은 기계적 강도 및 전기전도도, 화학적 안정성 및 내식성을 충족시키기 위하여 스테인리스 강박(0.1 mm이하)에 보호막으로 CrN을 선택하였다. 저가격화를 위하여 새로운 증착원인 스퍼터-승화형 소스의 가능성을 유도 결합 플라즈마에 Cr 봉을 직류 바이어스 함으로써 시도하였다. 10 mTorr의 Ar 유도 결합 플라즈마를 2.4 MHz, 400 W로 유지하면서 직류 바이어스 전력을 120 W (615 V, 0.19 A) 인가하였을 때 10분 동안의 증발양이 0.35 gr으로 측정이 되어 그 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 OES(Optical emission spectrometer)를 이용하여 RPS로 방전시킨 고밀도 ICP를 측정한 결과 842.4 nm, 811.4 nm, 772.3 nm 등의 파장에서 높은 intensity를 갖는 peak을 찾을 수 있었고, 이 peak 들은 Ar 중성의 peak임을 확인할 수 있었다. ICP+DC bias로 Cr rod를 가열하는 공정에서의 plasma를 OES로 측정한 결과 Ar 중성의 peak은 감소하고, 520.5 nm, 425.5 nm, 357.7 nm 등의 파장에서 높은 intensity를 갖는 peak을 찾을 수 있었으며, 이 peak들은 Cr 중성의 peak임을 확인할 수 있었다. OES 측정 data를 토대로 공정 중의 rod type Cr target의 교체 주기를 예측할 수 있고 공정 중 실시간 감시가 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.11a
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• pp.48-48
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• 2009

최근 빠른 동작속도와 고 집적도를 얻기 위해 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) 의 크기는 계속 해서 줄어들고 있다. 동시에 게이트의 절연층도 얇아지게 된다. 절연층으로 사용되는 $SiO_2$ 의 두께가 2nm 이하로 얇아 지게 되면 터널링에 의해 누설 전류가 발생하게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 $SiO_2$ 를 대체할 고유전체 물질의 연구가 활발하다. 고유전체 물질 중에는 $ZrO_2,\;Al_2O_3,\;HfO_2$ 등이 많이 연구 되어 왔다. 하지만 유전상수 이외에 band gap energy, thermodynamic stability, recrystallization temperature 등의 특성이 좋지 않아 대체 물질로 문제점이 있다. 이를 보안하기 위해 산화물을 합금과 결합시키면 서로의 장점들이 합쳐져 기준들을 만족하는 물질을 만들 수 있고 $HfAlO_3$가 그 중 하나이다. Al를 첨가하는 이유는 문턱전압을 낮추기 위해서다. $HfAlO_3$는 유전상수 18.2, band gap energy 6.5 eV, recrystallization temperature 800 $^{\circ}C$이고 열역학적 특성이 안정적이다. 게이트 절연층은 전극과 기판사이에 적층구조를 이루고 있어 이방성인 드라이 에칭이 필요하고 공정 중 마스크물질과의 선택비가 높아야한다. 본 연구는 $HfAlO_3$박막을 $BCl_3/Ar,\;N_2/BCl_3/Ar$ 유도결합 플라즈마를 이용해 식각했다. 베이스 조건은 RF Power 500 W, DC-bias -100 V, 공정압력 15 mTorr, 기판온도 40 $^{\circ}C$ 이다. 가스비율, RF Power, DC-bias, 공정 압력에 의한 마스크물질과 의 선택비를 알아보았다.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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• v.36D no.5
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• pp.29-35
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• 1999

Inductively coupled plsama etching of platinum thin film was studied using $O_2$ addition to $Cl_2$/Ar gas plasma. In this study, Pt etching mechanism was investigated with Ar/$Cl_2$ /$O_2$ gas plasma by using XPS and QMS. Ion current density was measured with Ar/$Cl_2$ /$O_2$ gas plasma by using single Langmuir probe. It was confirmed by using QMS and single Langmuir probe that Cl and Ar species rapidly decreased and ion current density was also decreased with increasing $O_2$ gas ratios. These results implied that the decrease of Pt etch rate is due to the decrease of reactive species ans ion current density with increasing $O_2$ gas mixing ratios. A maximum etch rate of 150nm/min and the oxide selectivity of 2.5 were obtained at Ar/$Cl_2$ /$O_2$ flow rate of 50 seem, RF power of 600 W, dc bias voltage of 125 V, and the total pressure of 10 mTorr.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.9 no.3
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• pp.290-295
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• 2000

In order to utilize as a pre-ionization means for reproducible ohmic plasma on KAIST-TOKAMAK, a simple, safe, economical and continuous microwave source has been developed using a home kitchen micro-wave oven. The magnetron used in the study can provide 500 W of power at 2.45 GHz. A conventional magnetron in a home kitchen microwave oven generates microwave for 8 ms at every 16 ms periodically due to the periodic (60 Hz) high voltage applied to the magnetron cathode. In order to generate continuous microwave which is suitable for tokamak pre-ionization, the magnetron operation circuit has been modified using a DC high voltage (5 kV, 1 A) power supply. It provides high-voltage with small ripple for magnetron cathode bias. Using the developed magnetron system, electron cyclotron resonace heated (ECH) plasmas were produced and the characteristics of the system were studied by diagnosing the ECH plasma using Langmuir probe and $H_{\alpha}$ emission diagnostics.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.15 no.6
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• pp.563-575
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• 2006

Ti(C,N) films are synthesized by pulsed DC plasma enhanced chemical vapor deposition (PEMOCVD) using metal-organic compounds of tetrakis diethylamide titanium at $200-300^{\circ}C$. To compare plasma parameter, in this study, $H_2$ and $He/H_2$ gases are used as carrier gas. The effect of $N_2\;and\;NH_3$ gases as reactive gas is also evaluated in reduction of C content of the films. Radical formation and ionization behaviors in plasma are analyzed in-situ by optical emission spectroscopy (OES) at various pulsed bias voltages and gas species. He and $H_2$ mixture is very effective in enhancing ionization of radicals, especially for the $N_2$. Ammonia $(NH_3)$ gas also highly reduces the formation of CN radical, thereby decreasing C content of Ti(C, N) films in a great deal. The microhardness of film is obtained to be $1,250\;Hk_{0.01}\;to\;1,760\;Hk_{0.01}$ depending on gas species and bias voltage. Higher hardness can be obtained under the conditions of $H_2\;and\;N_2$ gases as well as bias voltage of 600 V. Hf(C, N) films were also obtained by pulsed DC PEMOCYB from tetrakis diethyl-amide hafnium and $N_2/He-H_2$ mixture. The depositions were carried out at temperature of below $300^{\circ}C$, total chamber pressure of 1 Torr and varying the deposition parameters. Influences of the nitrogen contents in the plasma decreased the growth rate and attributed to amorphous components, to the high carbon content of the film. In XRD analysis the domain lattice plain was (111) direction and the maximum microhardness was observed to be $2,460\;Hk_{0.025}$ for a Hf(C,N) film grown under -600 V and 0.1 flow rate of nitrogen. The optical emission spectra measured during PEMOCVD processes of Hf(C, N) film growth were also discussed. $N_2,\;N_2^+$, H, He, CH, CN radicals and metal species(Hf) were detected and CH, CN radicals that make an important role of total PEMOCVD process increased carbon content.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.18 no.1
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• pp.24-28
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• 2007

The etching of zinc oxide (ZnO) thin films has been studied using a high density plasma in a $Cl_2/Ar$ gas. The etch characteristics of ZnO thin films were systematically investigated on varying $Cl_2$ concentration, coil rf power, dc-bias voltage, and gas pressure. With increasing $Cl_2$ concentration, the etch rate of ZnO thin film increased, the redeposition around the etched patterns decreased but the sidewall slope of the etched patterns slanted. As the coil rf power and dc-bias voltage increased, the etch rates of ZnO thin films increased and etch profiles of ZnO thin films were improved. With increasing gas pressure, the etch rate of ZnO thin films slightly increased but little change in etch profile was observed. Based on these results, the optimal etching conditions of ZnO thin film were selected. Finally, the etching of ZnO thin films with a high degree of anisotropy of approximately $75^{\circ}{\sim}80^{\circ}$ without the redepositions and residues was successfully achieved at the etching conditions of 20% $Cl_2$ concentration, coil rf power of 1000 W, dc-bias voltage of 400 V, and gas pressure of 5 mTorr.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.17 no.1
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• pp.16-22
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• 2008

We studied plasma etching of polycarbonate in $O_2/SF_6$, $O_2/N_2$ and $O_2/CH_4$. A capacitively coupled plasma system was employed for the research. For patterning, we used a photolithography method with UV exposure after coating a photoresist on the polycarbonate. Main variables in the experiment were the mixing ratio of $O_2$ and other gases, and RF chuck power. Especially, we used only a mechanical pump for in order to operate the system. The chamber pressure was fixed at 100 mTorr. All of surface profilometry, atomic force microscopy and scanning electron microscopy were used for characterization of the etched polycarbonate samples. According to the results, $O_2/SF_6$ plasmas gave the higher etch rate of the polycarbonate than pure $O_2$ and $SF_6$ plasmas. For example, with maintaining 100W RF chuck power and 100 mTorr chamber pressure, 20 sccm $O_2$ plasma provided about $0.4{\mu}m$/min of polycarbonate etch rate and 20 sccm $SF_6$ produced only $0.2{\mu}m$/min. However, the mixed plasma of 60 % $O_2$ and 40 % $SF_6$ gas flow rate generated about $0.56{\mu}m$ with even low -DC bias induced compared to that of $O_2$. More addition of $SF_6$ to the mixture reduced etch of polycarbonate. The surface roughness of etched polycarbonate was roughed about 3 times worse measured by atomic force microscopy. However examination with scanning electron microscopy indicated that the surface was comparable to that of photoresist. Increase of RF chuck power raised -DC bias on the chuck and etch rate of polycarbonate almost linearly. The etch selectivity of polycarbonate to photoresist was about 1:1. The meaning of these results was that the simple capacitively coupled plasma system can be used to make a microstructure on polymer with $O_2/SF_6$ plasmas. This result can be applied to plasma processing of other polymers.