• 한국진공학회지
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• 제17권5호
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• pp.408-418
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• 2008

본 논문에서는 집속이온빔의 플라즈마원을 위한 간단한 직육면체형태의 공진 공동을 설계하고 특성연구를 수행하였다. 공진에 최적인 공동 구조는 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 이용한 전기장 분포를 통해 구체적으로 계산하였다. 공진 공동은 내부 석영관 및 플라즈마 등의 유전체의 영향을 받기 때문에 공동의 한축 길이를 변화시킬 수 있는 구조로 설계되었다. 실험적으로 관찰되는 마이크로웨이브 방전시작전압을 통해 방전에 최적인 공동 길이를 측정하여 HFSS 계산된 값과 비교하였다. 공동은 석영관으로 인한 내부 유효유전율의 변화에 의해 석영관을 고려하지 않았던 길이에 비해 10cm가 감소된 길이에서 최적화됨을 공통적으로 확인할 수 있었다. 또한 압력변화에 따른 방전시작전압은 Paschen Curve와 유사한 결과를 나타내었다. 방전이 발생한 후에는 입력전력에 따라 플라즈마 밀도가 증가하였고 플라즈마의 영향으로 감소한 유효유전율에 의해 10cm가 증가한 길이에서 최적화가 되었다. 하지만 300W이상의 높은 입력 전력에서는 마이크로웨이브가 투과할 수 없는 고밀도 플라즈마 경계층(cut off layer)이 확장하여 더 이상 공동길이 조절을 통한 공동 최적화가 불가능함을 확인하였다. 따라서 고밀도 플라즈마를 만들기 위한 마이크로웨이브 공동의 정확한 설계를 위해 마이크로웨이브가 통과할 수 없는 고밀도 플라즈마 영역을 도체로 가정하고 그 외의 저밀도 플라즈마 영역을 밀도에 고유한 특정 유전율을 가지는 유전체로 설정하여 공동 내부의 전기장 분포를 해석하는 과정이 꼭 필요하다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권11호
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• pp.4102-4110
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• 2022

Aiming at high-power and long-pulse operation up to 1000 s, some improvements have been made for both 2.45 GHz and 4.6 GHz lower hybrid (LH) systems during the recent 5 years. At first, the guard limiters of the LH antennas with graphite tiles were upgraded to tungsten, the most promising material for plasma facing components in nuclear fusion devices. These new guard limiters can operate at a peak power density of 12.9 MW/m². Strong hot spots were usually observed on the old graphite limiters when 4.6 GHz system operated with power >2.0 MW [B. N. Wan et al., Nucl. Fusion 57 (2017) 102019], leading to a reduction of the maximum power capability. With the new limiters, 4.6 GHz LH system, the main current drive (CD) and electron heating tool for EAST, can be operated with power >2.5 MW routinely. Long-pulse operation up to 100 s with 4.6 GHz LH power of 2.4 MW was achieved in 2021 and the maximal temperature on the guard limiters measured by an infrared (IR) camera was about 540 ℃, much below the permissible value of tungsten material (~1200 ℃). A discharge with a duration of 1056 s was achieved and the 4.6 GHz LH energy injected into the plasma was up to 1.05 GJ. Secondly, the fully-active-multijunction (FAM) launcher of 2.45 GHz system was upgraded to a passive-active-multijunction (PAM), for which the density of optimum coupling was relatively low (below the cut-off value). Good coupling with reflection coefficient ~3% has been achieved with plasma-antenna distance up to 11 cm for the new PAM. Finally, in order to eliminate the effect of ion cyclotron range of frequencies (ICRF) wave on 4.6 GHz LH wave coupling, the location of the ICRF launcher was changed to a port that is located 157.5° toroidally from the 4.6 GHz LH system and is not magnetically connected.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.408-408
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• 2012

It is well known that magnetic random access memory (MRAM) is nonvolatile memory devices using ferromagnetic materials. MRAM has the merits such as fast access time, unlimited read/write endurance and nonvolatility. Although DRAM has many advantages containing high storage density, fast access time and low power consumption, it becomes volatile when the power is turned off. Owing to the attractive advantages of MRAM, MRAM is being spotlighted as an alternative device in the future. MRAM consists of magnetic tunnel junction (MTJ) stack and complementary metal- oxide semiconductor (CMOS). MTJ stacks are composed of various magnetic materials. FePt thin films are used as a pinned layer of MTJ stack. Up to date, an inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE) method of MTJ stacks showed better results in terms of etch rate and etch profile than any other methods such as ion milling, chemical assisted ion etching (CAIE), reactive ion etching (RIE). In order to improve etch profiles without redepositon, a better etching process of MTJ stack needs to be developed by using different etch gases and etch parameters. In this research, influences of $O_2$ gas on the etching characteristics of FePt thin films were investigated. FePt thin films were etched using ICPRIE in $CH_4/O_2/Ar$ gas mix. The etch rate and the etch selectivity were investigated in various $O_2$ concentrations. The etch profiles were studied in varying etch parameters such as coil rf power, dc-bias voltage, and gas pressure. TiN was employed as a hard mask. For observation etch profiles, field emission scanning electron microscopy (FESEM) was used.

• ETRI Journal
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• 제30권3호
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• pp.383-393
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• 2008

The etching mechanism of $ZrO_2$ thin films and etch selectivity over some materials in both $BCl_3$/Ar and $BCl_3/CHF_3$/Ar plasmas are investigated using a combination of experimental and modeling methods. To obtain the data on plasma composition and fluxes of active species, global (0-dimensional) plasma models are developed with Langmuir probe diagnostics data. In $BCl_3$/Ar plasma, changes in gas mixing ratio result in non-linear changes of both densities and fluxes for Cl, $BCl_2$, and ${BCl_2}^+$. In this work, it is shown that the non-monotonic behavior of the $ZrO_2$ etch rate as a function of the $BCl_3$/Ar mixing ratio could be related to the ion-assisted etch mechanism and the ion-flux-limited etch regime. The addition of up to 33% $CHF_3$ to the $BCl_3$-rich $BCl_3$Ar plasma does not influence the $ZrO_2$ etch rate, but it non-monotonically changes the etch rates of both Si and $SiO_2$. The last effect can probably be associated with the corresponding behavior of the F atom density.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제26권11호
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• pp.826-830
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• 2013

In this paper, we carried out the investigations of both etch characteristics and mechanisms for the $SnO_2$ thin films in $O_2/BCl_3/Ar$ plasma. The dry etching characteristics of the $SnO_2$ thin films was studied by varying the $O_2/BCl_3/Ar$ gas mixing ratio. We determined the optimized process conditions that were as follows: a RF power of 700 W, a DC-bias voltage of - 150 V, and a process pressure of 2 Pa. The maximum etch rate was 509.9 nm/min in $O_2/BCl_3/Ar$=(3:4:16 sccm) plasma. From XPS analysis, the etch mechanism of the $SnO_2$ thin films in the $O_2/BCl_3/Ar$ plasma can be identified as the ion-assisted chemical reaction while the role of ion bombardment includes the destruction of the metal-oxide bonds as well as the cleaning of the etched surface form the reaction products.

• 한국진공학회지
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• 제20권6호
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• pp.422-429
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• 2011

식각공정에 주로 사용되는 $Cl_2$/Ar, $CF_4$, $CF_4/O_2$, $CF_4/H_2$, $C_2F_6$, $C_4F_8$, 그리고 $SF_6$ 가스 방전에서 이온, 중성종 및 활성종 밀도의 전자밀도와 온도에 대한 의존성을 수치해석적으로 분석하였다. 이온, 중성종 및 활성종 밀도에 대한 공간평균 유체방정식을 정상상태로 가정하여 상대적으로 측정이 용이한 전자밀도와 온도에 대한 식으로 표현하였고, 이 식을 수치해석적인 방법으로 풀었다. 계산에 사용된 반응계수들은 여러 문헌에서 수집되거나 산란단면적으로부터 계산되었고, 같은 반응에 대해 다른 값을 보일 경우, 계산 결과를 실험 결과와 비교하여 높은 일치도를 보이는 값이 선택되었다.

• 한국재료학회지
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• 제8권11호
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• pp.977-981
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• 1998

Si 기판의 온도를 200에서 $500^{\circ}C$까지 변화시켜가면서 고집저 소자의 금속배선으로 응용되고 있는 저저항의 텅스텐 박막을 플라즈마 화학증착 방법에 의해 제작하였다. 이렇게 증착된 텅스텐 박막의 비저항은 $H_2/WF_6 $ 가스의 분압비에 따라 매우 민감하게 작용하는 것을 알 수있다. 플라즈마 밀도가 $0.7W/\textrm{cm}^2$ 이하에서는 박막내에 존재하는 잔류응력이 $2.4\times10^9dyne/\textrm{cm}^2$ 이하이다. 그러나 1.8에서 $2.7W/\textrm{cm}^2$로 증가함에 따라 잔류응력은 $8.1\times10^9$에서 $1.24\times10^{10}dyne/\textrm{cm}^2$로 갑자기 증가하는데 이는 박막을 증착할 때에 플라즈마 밀도가 증가하면 이온이나 radical bombardment 의 영향 때문이다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 춘계학술대회
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• pp.27-30
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• 2022

기존의 공정방식에 비해 효율성이나 환경적 면에서 많은 장점을 가진 플라즈마 공정은 반도체 제작에서 널리 사용되고 있다. Plasma Sheath란 플라즈마 bulk와 그 것을 둘러싸고 있는 챔버 벽면과 전극 사이에서 관찰되는 어두운 영역으로 양이온과 전자의 이동속도 차이로 인해 발생한다. Plasma Sheath Monitoring Sensor (PSMS)는 플라즈마와 전극 사이의 전압(Voltage) 차이와 전극에 걸리는 RF power 등을 실시간으로 측정하는 센서로서 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마의 상태와 매우 상관도가 높을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 PSMS 데이터를 활용하여 플라즈마 챔버 내의 질소이온의 상태를 예측하는 모형을 딥러닝 기계학습 기법을 이용하여 구축하였다. 연구에 사용된 데이터는 파워와 압력을 달리 셋팅한 실험에서 측정된 PSMS 데이터를 학습데이터로 활용하고 플라즈마 bulk와 Si substrate에서 측정된 질소 이온의 비율, 플럭스, 밀도를 레이블로 활용하였다. 본 연구의 결과는 향후 플라즈마 공정의 최적화 및 실시간 정밀제어를 위한 인공지능 기술의 기초가 될 것으로 기대된다.

• 천문학회보
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• 제43권1호
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• pp.53.1-53.1
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• 2018

During a major solar eruption, the erupting plasma is possibly out of the equilibrium ionization state because of its rapid heating or cooling. The non-equilibrium ionization process is important in a rapidly evolving system where the thermodynamical time scale is shorter than the ionization or recombination time scales. We investigate the effects of non-equilibrium ionization on EUV and X-ray observations by the Atmospheric Imaging Assembly (AIA) on board Solar Dynamic Observatory and X-ray Telescope (XRT) on board Hinode. For the investigation, first, we find the emissivities for all the lines of ions of elements using CHIANTI 8.07, and then we find the temperature responses multiplying the emissivities by the effective area for each AIA and XRT passband. Second, we obtain the ion fractions using a time-dependent ionization model (Shen et al. 2015), which uses an eigenvalue method, for all the lines of ion, as a function of temperature, and a characteristic time scale, $n_et$, where $n_e$ and t are density and time, respectively. Lastly, the ion fractions are multiplied to the temperature response for each passband, which results in a 2D grid for each combination of temperature and the characteristic time scale. This is the set of passband responses for plasma that is rapidly ionized in a current sheet or a shock. We investigate an observed event which has a relatively large uncertainty in an analysis using a differential emission measure method assuming equilibrium ionization state. We verify whether the observed coronal plasmas are in non-equilibrium or equilibrium ionization state using the passband responses.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1996년도 제10회 학술발표회 논문개요집
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• pp.102-102
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• 1996

This paper represents a new type low power High Frequency technological ion source (HF TIS) for ion - beam processing: the surface modification of materials, cleaning of surface, sputtering, coating of thin films, and polishing. The operational principle of HF TIS is based on the excitation of electrostatic waves in plasma located in the external magnetic field. Low power HF TIS with diameter 92 rom gives the opportunity to obtain beams of inert and chemically reactive gases with currents range from 5 to 150 mA (current density $0.015\;~\;3.5\;mA/\textrm{m}^2$) and ion beam energy 100 ~ 2500 eV at a HF power level 10 ~ 150 W. Three grid concave type ion optical system (IOS) is used for extraction and formation ofion beam.n beam.