한국정보디스플레이학회 2007년도 7th International Meeting on Information Display 제7권1호
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pp.33-36
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2007
We performed a discharge analysis on ac plasma display panel through the numerical simulation of the EF (Energy Fluid) model using the electron's energy equation. When it is compared to the results of commonly used LFA (Local Field Approximation) model, there is a clear difference in the spatiotemporal distribution of Xe excited species. In particular, the experimentally observed striation phenomena in the anode region could be observed in EF model and the occurrence of the striation was attributed to the ionization and excitation instability due to the streaming electrons in the anode region plasma.
Fluid model based numerical analysis is done to simulate a plasma processing system with electrodes at floating potential. $V_f$ is a function of electron temperature, electron mass and ion mass. Commercial plasma fluid simulation softwares do not provide options for floating electrode boundary value condition. We developed a user subroutine in CFD-ACE+ and compared four different cases: grounded, dielectric, zero normal electric field and floating electric potential for a 2D-CCP (capacitively coupled plasma) with a ring electrode.
유체 모델을 기반으로 하는 국내의 유도 결합 플라즈마원의 시뮬레이터 개발 현황을 정리하였다. 전체 시뮬레이터를 구성하는 각 부분으로서, 전자 가열, 하전 입자 및 중성종 수송, sheath를 포함한 표면 반응, 그리고 GUI (Graphic User Interface) 및 전후처리기 등의 순으로 설명되었다. 현재까지 시뮬레이터에 구현된 화학 반응 데이터와 swarm 데이터도 정리하여 보았고, 앞으로의 개발 방향을 전망하여 보았다.
Dynamics of plasma sheath was analyzed using simple ion fluid model with poison equation. Incident ion current, energy, potential distribution and space charge density profile were calculated as a function of time. The effects of initial floating sheath on the evolution of biased sheath were compared with ideal matrix sheath. The effects of finite rising time of pulse bias voltage on the ion current and energy was studied. The influence of surface charging on the evolution of sheath was also investigated
The numerical model that can describe the ignition of pseudospark discharge using hybrid fluid-particle(Monte Carlo )method has been developed. This model consists of the fluid expression for transport of electrons and ions and Poisson's equation in the electric field. The fluid equation determines the spatiotemporal dependence of charged particle densities and the ionization source term is computed using the Monte carlo method. This model has been used to study the evolution of a discharge in Argon at 0.5 torr, with an applied voltage if 1kV. The evolution process of the discharge has been divided into four phases along the potential distribution : (1) Townsend discharge, (2) plasma formation, (3) onset of hollow cathode effect, (4) plasma expansion. From the numerical results, the physical mechanisms that lead to the rapid rise in current associated with the onset of pseudospark could be identified.
전자기파와 플라즈마의 상호 작용을 결정하는 주요 변수는 플라즈마 주파수와 충돌 주파수이며, 이 둘은 각각 전자 밀도와 전자 온도로부터 계산할 수 있다. 이 두 값은 플라즈마 발생기 종류에 따라 결정되는 시간 의존적인 변수이다. 기존의 전파 흡수 특성 연구에서는 수치 해석적 모형의 부재로 인하여 플라즈마의 시간적/공간적 변화를 간략화하거나, 상수로 가정하여 수행하였다. 본 연구에서는 플라즈마 유체 모델을 도입하여 얻어진 시간 의존적 변수 값을 전자기파감쇠량 계산에 이용함으로써 해석의 정확도를 높이는 방식을 제안하였다. 해석 대상인 유전체 장벽 방전 플라즈마는 구조적인 단순함으로 인하여 1차원 분석만으로 플라즈마 분포의 시간적 변화를 반영할 수 있다. 본 논문은 한 주기 내에서 전자 밀도와 전자 온도를 추출하여 마이크로파 입사 시 시간적 흡수 특성 변화를 분석하였다. 또한, 전자 밀도와 전자 온도의 변화에 따라 감쇠량을 계산하여 감쇠 경향성을 분석하였다.
In order to analyze the heat transfer phenomena in the plasma flames, a mathematical model describing heat and fluid How in an electric arc has been developed and used to predict heat transfer from the arc to the steel bath in a DC Electric Arc Furnace. The arc model takes the separate contributions to the heat transfer from each involved mechanism into account, i.e. radiation, convection and energy transported by electrons. The finite volume method and a SIMPLE algorithm are used for solving the governing MHD equations, i.e., conservation equations of mass, momentum, and energy together with the equations describing a standard $k-\varepsilon$ model for turbulence. The model predicts heat transfer for different currents and arc lengths. Finally these calculation results can be used as a useful insight into plasma phenomena of the industrial-scale electric arc furnace. from these results, it can be concluded that higher arc current and longer arc length give high heat transfer.
본 연구에서 사용된 방전 기체는 오염물의 제거 및 박막 표면 정제 등의 연구 분야에 응용되고 있는 질소 가스를 사용하였으며, 1차원 동심구 모델의 개발로 인하여, 접지 면적을 넓게 함에 따라 경방향으로의 플라즈마 분포가 중심축의 분포와 동일하다는 1차원적 가정이 적절하지 못하다는 Barnes 모델을 보완할 수 있었다. 일정한 인가 전압하에서는 입체각($\omega$)의 증가에 따라 질소 플라즈마를 구성하는 각 입자의 수밀도 분포, 전계 및 포텐셜이 감소함을 볼 수 있었다. 그러나 면적비가 증가하면서 구동 전극에서의 각 입자들의 움직임은 상대적으로 높은 전계로부터 더욱 활발하게 형성됨에 따라 직렬 연결된 블로킹 콘덴서에서 발생하는 자기 바이어스 전압은 증가하는 것을 알 수 있었다.
Fluid model based numerical simulation was carried out for an inductively coupled plasma assisted sputter deposition system. Power absorption, electron temperature and density distribution was modeled with drift diffusion approximation. Effect of an electrically conducting substrate was analyzed and showed confined plasma below the substrate. Part of the plasma was leaked around the substrate edge. Comparison between the quasi-neutrality based compact model and Poisson equation resolved model showed more broadened profile in inductively coupled plasma power absorption than quasi-neutrality case, but very similar Ar ion number density profile. Electric potential was calculated to be in the range of 50 V between a Cr rod source and a conductive substrate. A new model including Cr sputtering by Ar+was developed and used in simulating Cr deposition process. Cr was modeled to be ionized by direct electron impact and showed narrower distribution than Ar ions.
Atmosphere Plasmas of Gas Discharge (APGD) have been used in plasma sources for material processing such as etching, deposition, surface modification, etc. This study is to investigate and understand the fundamental plasma discharge properties. Especially, $SF_6/N_2$ mixed gas would be used in power transformer, GIS (Gas insulated switchgear) and so on. In this paper, we developed a one dimensional fluid simulation model with capacitively coupled plasma chamber at the atmosphere pressure (760 [Torr]). 38 kinds of $SF_6/N_2$ plasma particles which are an electron, two positive ions (${SF_5}^+$, ${N_2}^+$), five negative ions (${SF_6}^-$, ${SF_5}^-$, ${SF_4}^-$, ${F_2}^-$, ${F_1}^-$), thirty excitation and vibrational particles for $N_2$ were considered in this computation. The $N_2$ gases of 20%, 50%, 80% were mixed in $SF_6$ gas. As the amount of $N_2$ gas was increased, the properties of electro-negative plasma moved toward the electro-positive plasma.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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