가속기나 토카막과 같은 거대한 진공 장치의 용기 내벽을 청정화 하기 위해서는 용기 전체의 열처리(굽기, Baking)와 글로우 방전(Glow discharge) 법을 병행하여 사용한다. Baking은 일반 기체(N2, O2, 그리고 CO2)와 물(H2O)의 탈착에 효과적이고, Glow discharge cleaning은 탄소(Carbon-based)와 산소(Oxygen-based) 화합물의 탈착에 효과적이다. 특히 Glow discharge cleaning의 경우에는 전극의 모양, 진공 용기의 재질과 모양, 전극간의 거리, 사용되는 반응 기체의 압력 등에 따라 그 효과에 큰 차이가 있으므로 다각적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 그림 1과 같이 시험용 스테인레스(AISI 304와 AISI 316LN) 진공 용기를 설치하고, 시험 용기의 한쪽은 배기 용기와 oriffice로, 다른 편은 불순물의 정성.정량 분석을 위해 RGA(Residual gas analyser) 용기와 oriffice로 연결하였다. 전체 시스템 중에서 배기 부분과 분석 부분은 15$0^{\circ}C$에서 24시간 가열하여 전체의 기저 진공도를 1$\times$10-8Torr로 하였다. 기저 진공도의 용기에 고순도의 반응기체 (He, Ar, Ar+He, Ar+H2, Ar+N2 등)를 주입한후, DC 전압(0.8~1.5kV)을 변화하며 글로우 방전의 최적조건을 찾았다. 방전 동안 시험용 용기에서 방출되는 반응 기체 이외의 기체를 RGA로 측정하였고 외부에 Thermocouple을 여러곳에 장착하여 온도 변화를 측정하였다. 이상의 결과로부터 진공 용기 표면적으로부터의 불순물 탈착(desorption)과 불순물 분석, 플라즈마와 내벽의 상호작용등에 대한 결론을 얻을 수 있었다. 또한 Baking과 Glow discharge cleaning을 동시에 수행하여 Baking 온도의 낮춤에 따른 영향 평가도 수행하였다.
용량결합고주파(ccrf)방전은 홀로우음극방전이나, 직류방전에 비해서 방전관의 구조가 간단하고 균질한 플라즈마를 발생시키는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 ccrf-방전을 기체레이저의 여기에 적용하기 위한 목표를 가지고 방전시스템을 선계, 제작하여 연속운전의 균질한 방전을 실현하였다. 13.56[MHz]의 rf-전력을 방전 내부로 효율적으로 결합하기 위해서 내부직경 5[mm]의 레이저방전관에 특수하게 제작된 rf-전극을 사용하였다. 또한 방전관의 임피던스가 rf-발생기의 풀력저항 50[$\Omega$]에 정합을 이루는 임피던스 정합회로를 개발하였다.
본, 연구는 새로운 기체방전 AND gate를 AC 3전극 면방전 PDP에 적용하기 위한 AC-DC floating 방전을 사용한 어드레스 구동특성을 해석한 것이다. 실험결과 floating 방전을 이용하여 어드레스 방전을 개시시킬 수 있었으며 표시방전까지 용이하게 동작시킬 수가 있었다. 또한 floating 방전과 타이밍을 동기시켜 보조전극에 프라이밍 방전을 일으켜 줌으로써 floating 방전 공간에 공간전하를 충분히 공급해 줌으로써 데이터 전압을 100V 정도까지 낮출 수 있었으며 어드레스 동작 마진도 100V 정도까지 얻을 수가 있었다.
유리관의 관경이 4 mm인 형광램프에서 종단방전과 횡단방전의 방전 특성, 발광 특성, 그리고 분광 특성을 상호 비교 분석하였다. 제작된 형광램프의 주입 기체는 3 종류이며, 수은 혼합 기체인 Ne(95%)+Ar(5%)+Hg(2 mg), 무수은의 순수 Xe 100% 및 Ne(96%)+Xe(4%)의 혼합 기체이다. 각 형광램프 샘플들의 기체 압력은 8 종으로 압력 범위는 $5{\sim}300\;Torr$이다. 상기 램프의 특성을 조사하기 위하여 제작된 샘플 램프의 전체 수는 주입 기체 3 가지와 각 압력 8 가지로서 총 24 개이다. 수은 형광램프는 양광주 발광을 특징으로 하는 종단방전에서 발광 휘도 및 효율이 매우 높고, 횡단방전에서는 거의 발광하지 않는다. 무수은 제논 형광램프는 횡단방전에서 비교적 높은 휘도 특성을 보이며, 종단 방전에서는 방전 전압이 높고 발광 효율도 매우 낮다. 제논 형광램프의 횡단방전은 Ne+Xe(4%)인 혼합 가스보다 압력($\sim$수 100 Torr)이 높은 순수 제논 가스의 발광 효율이 더 높다. 본 실험을 통하여 수은 램프와 무수은 제논 램프의 방전 방식의 차이를 확인하였다. 수은 형광램프는 양광주를 활용하는 종단방전의 형태로서 종래의 튜브형이 바람직하다. 무수은의 제논 형광램프는 높은 압력($\sim$수 100 Torr)의 순수 제논 기체에 대하여 방전 경로가 짧은 횡단방전을 특징으로 하는 평판형이 바람직하다.
본 논문은 AC PDP에서 사용하는 가스의 혼합비, 압력, 페닝 효과를 고려한 가스 조합의 최적화를 통해 낮은 방전전압으로 휘도의 증가를 얻을 수 있는 고휘도, 고효율 PDP 페닝 기체 혼합비를 찾고자 하였다. He(70%)-Ne(27%)-Xe(3%)의 3원 혼합기체와 Ne(96%)Xe(4%)의 2원 혼합기체에 페닝 효과를 극대화하기 위한 소량의 Ar, Kr을 첨가하여 각각의 첨가비에 따른 방전 개시전압, 방전 유지전압, 휘도, 발광효율 등을 측정하였다. 또한 페닝효과에 의한 방전 공간상의 전자수 증가를 확인하기 위해 셀 내의 전극 위에 쌓이는 벽전하 양을 측정하였다. 소량의 Ar(0.01%-0.03%) 또는 Kr(0.01%-0.03%)을 HE-Ne-Xe과 Ne-Xe 혼합가스에 첨가했을 때 페닝효과에 기인하여 휘도 및 발광효율이 각각 최고 10%-20% 증가하였다. 또한 페닝효과를 확인하기 위한 벽전하의 양은 10%-25% 증가를 보였다. 방전개시전압 및 최소방전유지전압은 대략 2V-3V정도 감소하였다.
최근에 환경 오염물질의 제거를 위한 코로나 방전기술이 큰 관심을 끌고 있으며 재래적인 기술들을 능가하는 여러 가지 장점으로 인해 강도 높은 연구들이 이루어지고 있다. 전기방전을 이용하는 공정에서 방전특성은 공정의 효율과 에너지 소모량에 중요한 영향을 미친다. 공정에 따라서 요구되는 방전특성이 다르며, 효율적인 공정이 되기 위해서는 최적의 방전특성에 대한 규명이 이루어져야 한다. 방전에 의해 생성되는 플라즈마 상태는 공정의 전기적 변수들, 반응기의 기하학적 형태, 유입기체의 조성 등 다양한 요소들에 의해 영향을 받으므로 특성에 대한 규명이 매우 어렵다. (중략)
기체 방전의 수치적 시뮬레이션을 위하여 FE-FCT(Finite-Element Flux-Corrected Transport) 방법을 이용한 준 2차원 수치적 모델을 제시한다. 이 모델에서는 전자와 이온에 대한 1차원 연속방정식을 풀어 시 공간적으로 변하는 전하 분포를 계산하고, 공간 전하 분포에 의한 전기장의 변화는 2차원적 전하 분포를 고려하는 디스크 방법을 적용하여 푸아송(Poisson)방정식을 풀어 계산한다. 다양한 벤치마크 문제에 대해 계산한 결과는 이 모델의 정확성과 적용성을 잘 보여준다. 또 스트리머 방전에 대해 계산한 결과는 앞선 연구 결과와 잘 일치하는 것을 보여 준다.
본 논문은 t은과 10[torr]의 희유기체의 혼합기체 중에서 심하게 변조된 저압기체방전의 양광주의 반경방향 압자분포를 이론적으로 연구하였다. 전류는 깊이 50[%[로 정현파로 변조되었다. 계산결과 여기 원자의 반경방향 분포는 0차 Bessel 함수 $J_0(2.4r/R)$와 다르고 분포의 반전이 나타나는 주파수 대역도 있었다. 연립미분방정식을 풀기 위하여 FDM과 2계 Runge-Kutta method의 혼합법을 사용하였다.
휘도와 효율을 증가시키기 위해 Xe의 함유량을 높이는 연구가 계속해서 수행되고 있지만, Xe이 증가함에 따라 방전전압 또한 높아지는 문제는 여전히 해결하지 못하고 있는 실정이다. 본 논문 에서는 Xe gas 가 첨가됨에 따른 기체 방전의 특성을 실험 및 이차원 시뮬레이션을 통해 분석해 보았다. 방전 셀 내부에 Xe 가스가 첨가됨에 따라 방전의 휘도와 효율이 증가하게 되는 메커니즘을 분석하고 그에 따라 야기되는 방전전압의 증가 원인들을 고찰해 보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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