본 연구는 PECVD법에 의한 초발수 박막의 생성과정에서 생기는 나노 클러스터링 현상에 관하여 레이저 산란법에 의해 살펴보았다. 이와같이 레이저 산란법에 의해 플라즈마에서 나노 클러스터의 존재를 증명함으로써, 초발수 박막의 생성이 더스티 플라즈마 중 유기분자들이 분해 및 재결합 과정을 통하여 이루어졌음이 밝혀졌다.
레이저의 첨단기술에의 응용은, 의학, 생물학, 화학, 물리계측, 가공, 통신, 정보처리 등 다분야에 걸쳐, 수 mW에서 수 십 kW까지의 출력 영역의 레이저가 이용되고 있다. 본고에서는, 첫째, 레이저를 이용한 첨단기술의 하나인 초미세가공 기술로서, 특히, 반도체의 레이저 프로세스로 화제를 모으고 있는 1) 에칭, 2) CVD(Chemical Vapor Deposition), 3) 적층성장(epitaxy), 4) 리소그라피, 5) 홀로그라피 등에 대하여, 다른 프로세스(이온 빔 프로세스, 플라즈마 프로세스, X선에 의한 프로세스등)와 비교하여 원리, 특징, 응용상태, 장래의 전망에 대하여논하고, 둘째, 엑시머 레이저의 응용 분야에서의 가장 실용화에 접근한것 중의 하나인 애블레이숀(ablation) 가공에 대하여 논한다.
레이저 조사 시 발생되는 플라즈마를 성분 분석에 이용하는 Laser-Induced Breakdown Spectroscopy(LIBS)는 우주 자원 탐사에 적합한 실시간 성분 분석 기술이다. LIBS 플라즈마의 특성은 주위 압력의 영향을 크게 받는다. 본 연구에서는 다양한 물성치를 갖는 일곱 가지 원소(C, Ti, Ni, Cu, Sn, Al, Zn)의 지속시간(lifetime)이 760 - $10^{-5}$ torr의 압력 범위에서 분석되었다. 압력이 낮아짐에 따라 탄소와 티타늄의 lifetime은 감소하였고, 그 밖의 원소들은 1 torr의 압력에서 가장 오랜 시간동안 검출되었다. 원소별 lifetime 결과를 통하여 낮은 압력 하에서 플라즈마의 특성과 원소별 끓는점 및 전기음성도의 관계를 규명하였다.
높은 레이저 복사 조도에 발생되는 금속 플라즈마의 발달 과정과 레이저 펄스 이후의 shadowgraph를 이용해 공기 중에서의 데토네이션과 연소 현상에 대해 연구되었다. 본 논문의 가장 중요한 점은 높은 레이저 에너지에 의해 삭마 된 알루미늄 플라즈마와 공기로부터의 산소와의 화학반응의 진행을 XRD를 통해 관측한 것이다. 또한 레이저를 통해 유도된 화학적 반응 파와 공기 중에서의 알루미늄 분진 폭발의 데토네이션과의 양적인 평가를 유도하였다. 이러한 연구는 덩어리 상태의 금속 샘플에서 산화제를 필요로 하지 않고 데토네이션을 발생시키는 새로운 방법을 제시할 것으로 여겨진다.
본 연구에서는 플라즈마 감시에 의한 용접성 평가방식과 효율적인 감시 알고리즘을 위한 시뮬레이션 툴의 개발을 목표로 한다. 레이저 용접 시 발생하는 플라즈마를 검출하기 위하여 플라즈마에서 발생하는 자외선신호를 반도체 광 센서를 사용하여 검출하고, 감시장치로 쓰이는 개인용 컴퓨터에 고속으로 전달, 저장하는 장치와 전달된 신호를 이용하여 용접 결함을 검출하는 모니터링 시스템을 개발하였다. 이 장치를 사용하여 용접 데이터베이스를 구축하고, 용접성과 플라즈마 신호와의 관계를 평가하고, 분석하였으며 특히 용접 결함 검출 모니터링에 적합한 특징의 선택, 결정을 위한 특징의 수, 분류기 사이의 비교 등을 위하여 오프라인 상태에서 시스템 구현에 적합한 특징의 선택, 결정을 위한 특징의 수, 분류기 사이의 비교 등을 비교 분석할 수 있는 시뮬레이션 툴의 개발과 이를 실제 시스템에 구현하는 방식을 취하였다. 목표로 하고 있는 시스템은 신뢰성 있고 효율적인 레이저 용접 결함 감시 시스템이며 이의 구현을 위해 용접 품질 모니터링 프로그램 중 분류기와 GUI을 구현하였으며 Perceptron, Wavelet, MLP 등을 적용하여 이의 결과가 실제 실시간 품질 해석에 적합한 데이터로 사용할 수 있는가에 대한 분석도 행하였다.
고온 고밀도 플라즈마는 그 자체가 가지는 다양한 응용성 때문에 분광학적 특성에 대한 보다 나은 이해가 필요하다. 그 중에서도 이온화 균형은 플라즈마에서의 빛의 방출과 흡수를 결정하는데 중요한 역할을 하는 것으로 일반적으로는 기저 준위의 점유밀도가 들뜬 준위에 비해 월등히 많기 때문에 각 이온화 상태의 기저 준위들 간의 이온화 과정들만이 고려된다. 하지만 플라즈마의 밀도가 높아지면 들뜬 준위가 이온화에 기여하는 정도가 커지기 때문에 더 이상 기저 준위들만을 고려하는 것은 맞지 않게 된다. (중략)
레이저로 발생시킨 플라즈마의 시간적, 공간적인 분광학적인 특성을 조사하였다. 진공분위기(약1x$10^1$에서 1x$10^{-5}$ Torr) 및 Argon분위기(약 1x$10^{0}$에서 1x$10^{-3}$ Torr)에서 INVAR 시편에 대해 detector의 gate 지연시간을 조정하여 시간적인 플라즈마의 분광선 세기를 측정하였다. 또한 레이저광의 조사방향과 수직되게 놓여 있는 시편에 대해 그림 1과 같이 시편 표면 위로부터 약 0, 2, 4, 6 mm 떨어진 위치에서 플라즈마의 분광선 세기를 관찰하였다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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