• Bulletin of the Korean Space Science Society
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• 2001.11a
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• pp.44-44
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• 2001

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.3
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• pp.111-118
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• 2013

The influence of gas flow on the plasma generation in the atmospheric plasma jet is described with the theory of hydrodynamics. The plasma discharge is affected by the gas-flow streams with Reynolds number (Re) as well as the gas pressure with Bernoulli's theorem according to the gas flow rate inserted into the glass tube. The length of plasma column is varied with the flow types such as the laminar flow of Re<2,000 and the turbulent flow of Re>4,000 as it has been known in a general fluid experiments. In the laminar flow, the plasma column length is increased as the increase of flow rate. Since the pressure in the glass tube becomes low as the increase of flow velocity by the Bernoulli's theorem, the breakdown voltage of plasma discharge is reduced by the Paschen's law. Therefore, the plasma length is increased as the increasing flow rate with the fixed operation voltage. In the transition of laminar and turbulent flows, the plasma length is decreased. When the flow becomes turbulent as the flow rate is increasing, the plasma length becomes short and the discharge is shut down ultimately. In the discharge of laminar flow, the diameter of plasma beam exposed on the substrate surface is kept less than the glass diameter, since the gas flow is kept to the distinct distance from the nozzle of glass tube.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.113-113
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• 2010

최근 태양전지 제작 등에 응용되고 있는 $NH_3/N_2/SiH_4$ 유도결합 플라즈마 방전에서 활성종의 플라즈마 변수 의존성을 이론적인 계산을 통해 분석한다. 먼저, 수집 및 계산 가공된 반응계수들에 대한 신뢰성을 검증하기위해 공간평균 전산모사를 수행하여 최종적으로 계산된 전자온도 및 밀도값들이 합리적인 범주에 속해 있는지 확인한다. 검증된 반응계수들을 바탕으로 공간평균 유체방정식에서 정상상태를 가정하여 중성종 및 활성종 밀도를 전자밀도 및 온도 등의 플라즈마 변수에 대한 함수로 표현하고, 이에 대한 수치해석적인 해를 얻음으로써 그 의존성을 분석해 본다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.216.2-216.2
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• 2014

플라즈마의 연속 운전 조건은 플라즈마 발생원의 기하적, 전기적 특성에 의한 공정 특성을 갖는다. RF power를 pulsing하는 경우 off시간에 하전 입자와 중성 라디칼의 소멸 특성의 차이로 인하여 나노 미세 구조의 식각에 유리한 측면이 있다. 유도 결합 플라즈마원을 주발생원으로 이용하는 건식 식각장비의 기판 바이어스를 rf pulsing하는 경우 유체 모델을 이용한 계산 방법에서 rf off 시간 중의 2차 전자 발생 계수를 rf on time시와 동일 하게 계산하거나 입사 이온의 에너지와 무관하게 0.05 등의 상수로 처리하는 경우가 많은데 본 연구에서는 rf bias off 시간 동안의 SEC(secondary electron coefficient)를 변화시키는 조건이 플라즈마의 특성에 어떤 영향을 미치는지 CFD-ACE+에 user subroutine을 이용하여 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.58-58
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• 2011

고밀도 플라즈마는 재료의 표면 처리, 박막의 증착, 식각 등에 집중적으로 응용되어 왔다. 주요이슈들은 전자기적 관점에서 바라본 전력 전달 메커니즘, 전자 충돌 과정을 포함하는 원자물리학적 과정들, 흡착, 탈착, 스퍼터링 등의 표면 화학 공정들이다. 각각을 이해하는 도구들은 주로 플라즈마 진단 장치(전기탐침, 분광기, 질량분석기, 전압-전류측정기)와 초고진공 표면 분석 장치(XPS, AES)및 실시간 표면 분광 해석기등이 이용되어 왔다. 여기에 유체 모델을 이용한 3차원 수치 해석이 가능해지면서 균일한 공정 결과를 얻기 위한 플라즈마 증착/식각 시스템 디자인 원리의 많은 부분의 이해가 진전을 이루고 있다. 본 발표에서는 고밀도 유도 결합 플라즈마 발생 시스템, 마그네트론 스퍼터링, 펄스 전원 등의 영향이 어떻게 박막 가공 시스템의 성능에 영향을 주고 있으며 이에 대한 해결 노력들이 갖는 학문적, 실제적인 의미에 대해서 고찰한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.468-468
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• 2010

유도 결합 플라즈마에서 기체 유량에 따른 전자 에너지 분포 측정과 그에 따른 플라즈마 밀도와 전자 온도의 변화를 관찰하였다. 기체 압력 제어는 조임 밸브 (Throttle valve) 부근의 압력측정을 통한 조임 밸브 조절 방법을 이용하였으며, 이 방법은 공정 플라즈마에서 널리 쓰이는 압력 조절법이다. 낮은 기체 유량에서 측정된 전자 에너지 분포는 두 개의 온도 그룹을 갖는 bi-Maxwellian 분포를 보였다. 하지만, 기체 유량이 증가함에 따라서 전자 에너지 분포는 Maxwellian 분포로 전이를 하였으며, 플라즈마 밀도의 증가와 전자 온도의 감소를 보였다. 이러한 분포 함수의 변화는 기체 압력이 증가함에 따라 나타나는 전자 가열 모드 전이 현상과 일치하였으며, 이는 압력 조절부와 방전 공간 사이의 압력 구배에 의한 것으로 여겨진다. 이러한 결과는 방전 공간과 압력 조절부에서의 기체 압력 측정을 통하여 검증되었으며, 간단한 유체 모델을 통하여 설명될 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.291-291
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• 2011

플라즈마에 노출된 재료 표면의 온도 증가는 다음과 같은 요인에 의해서 결정된다. 이온의 충돌에 의한 역학적 에너지, 이온의 중성화, 라디칼의 안정화에 의한 에너지 방출(잠열, latent heat), 플라즈마에서 방출된 빛의 흡수. 이중 식각을 위한 기판 바이어스에 의해서 주로 결정되는 이온 충돌 에너지와 잠열의 방출이 300 mm wafer용 유도 결합 플라즈마 식각 장치에서 소스 전력과 바이어스 전력에 따라서 어떻게 변화하는지 전산 유체 역학 모사 프로그램인 CFD-ACE를 이용하여 상용 식각 장비인 AMAT사의 DPS II를 대상으로 온도 분포의 변화를 계산하였다. 실험 결과와 비교를 위하여 다섯 곳에(상, 하, 좌, 우, 중심) 열전대를 부착한 온도 측정 웨이퍼를 기판의 위치에 설치하고 여러 가지 실험 조건에 대해서 온도의 변화를 측정하였다. Ar 10 mTorr에서 2열 병렬 안테나의 전력을 300 W에서 시간에 따른 온도의 변화를 측정하였다. 이때 wafer의 평균 온도는 $28.9^{\circ}C$에서 $150^{\circ}C$까지 12분 내에 상승하였으며 최고 온도에 도달한 다음에는 거의 일정하게 유지 되었다. Si의 식각에서 온도의 영향을 가장 크게 받는 반응은 F 라디칼에 의한 Si의 직접 식각이며 Arrhenius 식의 형태로 표현하면 0.116*exp (-1250/T)의 형태로 된다. 문헌에 보고된 계수를 이용해서 $29^{\circ}C$의 식각 속도와 플라즈마에 의한 가열 최고 온도인 $150^{\circ}C$ 때의 값을 비교해보면 3.3배의 차이가 난다. 따라서 4%내의 식각 균일도를 목표로 하는 폴리 실리콘 게이트 식각 장비의 설계에서는 플라즈마에 의한 가열 불균일을 상쇄 할 수 있는 히터와 냉각 구조의 최적 설계가 필요하다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.249-249
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• 2011

전력용 개폐장치인 진공차단기의 차단부가 송배전 시스템에 30 [kA] 정도의 커다란 사고전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 동작될 때 차단부 내부 전극 사이에 25,000 [K] 이상의 아크 플라즈마가 발생하게 된다. 두 전극 사이에 발생된 아크 플라즈마는 약 10 ms~20 ms 동안 지속되다가 교류전원의 전류영점 부근에서 회복된 절연성능으로 인하여 자연스럽게 소멸되지만, 대전류 구간동안 아크 플라즈마의 집중 현상 등에 의하여 전극의 심각한 손상 등이 발생되면 절연성능이 요구된 만큼 회복되지 못하여 사고전류를 차단하지 못하며 시스템에 연결된 기기들에게 심각한 손상을 입히고 정전사고를 일으킨다. 본 연구에서는 전자계-열유동 연성해석기법을 이용한 축자계 진공차단부에서 발생하는 아크 플라즈마의 3차원 수치해석을 통하여 전극의 심각한 손상을 입히는 아크플라즈마의 집중 현상에 관한 축자계의 영향을 고찰하고자 한다. 수치해석을 위한 아크 영역은 양극과 음극의 직경과 같은 직경의 원기둥으로 가정하였고, 전자계 해석으로부터 얻어진 로렌츠 힘과 줄열을 열유동 해석을 위한 Navier-Stokes 방정식의 파라미터로 입력하여 해석을 수행함으로써 전자계와 유체역학적인 영역을 동시에 연계한 순차적 일방향 연성해석 기법을 적용하였다. 컵형 축자계 진공차단부 내 아크영역에서의 로렌츠 힘의 특성과 온도분포에 대하여 수치해석을 수행하였고, 크기가 다른 두 로렌츠 힘에 의하여 양극표면으로 집중되는 온도분포의 크기를 비교함으로써 진공아크 플라즈마의 집중현상에 영향을 미치는 주요 요소를 규명할 수 있었다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.21 no.5
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• pp.249-257
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• 2012

Nonlinear dynamical behaviors of plasma in the Pierce diode are investigated by a numerical code developed using a one dimensional fluid model. The plasma in Pierce diode is alternately stable and unstable as Pierce parameter is changed. The dynamical characteristics of neutral and non-neutral Pierce system is examined analytically and numerically. It alternately has growing and oscillatory mode as Pierce parameter varies. As Pierce parameter is decreased, each oscillatory mode undergoes a sequence of subharmonic period-doubling bifurcation and then culminate in a chaotic strange attractor. The analysis for this nonlinear behavior can be used as a model for understanding of beam-plasma interaction in more complex geometries and a data for chaos control.

• Journal of computational fluids engineering
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• v.17 no.2
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• pp.71-77
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• 2012

Numerical simulations are carried out for flow over a circular cylinder controlled by the momentum forcing which is generated by a pair of plasma actuators symmetrically mounted on the cylinder surface. A popular and empirical plasma model is used for the spatial distribution of momentum forcing. In this study, we consider two different types of actuation, i.e., steady and unsteady (or pulsed) actuation. In the unsteady actuation, the actuation is turned on and off periodically, its frequency being a control parameter. The objective of this study is to investigate the effects of actuator location and actuation frequency on the flow structures and the forces on the cylinder. Results show that the cylinder wake can be effectively controlled by proper actuator location. For example, when the actuators are located at $120^{\circ}$ from the stagnation point, vortex shedding is completely suppressed with the boundary layer almost fully attached to the surface, resulting in drag reduction and lift elimination.