• Membrane Journal
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• v.12 no.3
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• pp.171-181
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• 2002

The parameter which determines the plateau length of current-voltage curve for ion- exchange membranes was studied at various concentrations of NaCl and different flow rates. Moreover, the feasibility of the electrodialytic removal of 0.1 M NaCl solution at various current densities was tested by assessing the electrodialysis performance parameters such as salt removal efficiency, current efficiency, energy consumption and water dissociation. The diffusion boundary layer (DBL) thickness decreased with the NaCl concentration and flow rate of fled solution and it was observed that the plateau length of current-voltage curves was related with the DBL thickness. The removal efficiency and current efficiency were not affected significantly by the current densities even at the overlimiting current region indicating that most current were passed by electrolyte, and water dissociations are not responsible for the overlimiting current. Energy consumption increased when the current density supplied exceeded the limiting current density (LCD) values, because additional energy was necessary to overcome the plateau potential. Beyond the LCD values the energy consumption required to get a certain removal efficiency was not affected by the current density applied. The result suggests that it is allowed to operate electrodialysis processes at as high as possible current density unless water-splitting does not occur.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.226.1-226.1
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• 2014

이온빔 소스는 반도체 및 디스플레이 공정에 있어, 표면 에칭 및 증착 등 여러 응용 분야에 활발히 이용되고 있다. 본 연구에 사용된 원형 이온빔 소스는 선형 이온빔 소스의 가장자리에서의 특성 분석을 위해 제작되었으며, 높은 직류전압과 자기장 공간에서 플라즈마를 방전시키고 발생된 이온들을 가속시켜 높은 에너지의 이온빔을 발생시킨다. 이온빔 특성 분석을 위해 전위지연 탐침과 패러데이 탐침을 개발하였다. 전위지연 탐침은 격자판에 전압을 인가하여 선택적으로 이온을 수집하고, 이온의 에너지분포함수를 측정한다. 패러데이 탐침은 이온 수집기와 가드링으로 구성되어 수집기 표면에 일정한 플라즈마 쉬스를 형성하여 정확한 이온전류밀도를 측정한다. 본 연구에서는, 아르곤 기체를 이용하여 기체유량(8~12 sccm) 및 방전전압(1~2 kV)에 따라 방전전류 16~54 mA, 소모전력 16~108 mW의 특성을 보였다. 운전압력은 0.4~0.54 mTorr이며, 이온소스로부터 18 cm 거리에서 이온전류밀도와 이온에너지분포를 측정하였다. 또한, 중공음극선을 이용하여 인위적으로 전자를 이온 소스에서 발생된 플라즈마에 공급하고 이온빔 및 플라즈마의 특성 변화를 위 시스템에서 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.208-208
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• 2011

최근 유연기판 기술을 기반으로 대면적 roll to roll 공정기술 개발이 활발히 연구됨에 따라 이에 적용 가능한 대면적 플라즈마 소스의 중요성이 대두되고 있다. 대면적 플라즈마 처리 공정에 적용 가능한 소스 중 closed drift 타입의 선형 이온 소스는 제작 및 대면적화가 용이함에 따라 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 선형 이온 소스를 다양한 표면처리 공정에 효과적으로 적용하기 위해서는 방전 특성에 대한 이해를 바탕으로 각 공정에 맞는 이온빔 전류 밀도, 방전 전압 등의 방전 인자 조절이 필수적이다. 본 연구에서는 표면 개질, 식각 및 박막 증착 등의 다양한 분야에 활용 가능한 선형 이온 소스를 개발하였으며, 선형 이온 소스를 통한 표면 식각 공정을 집중적으로 연구하였다. 전극 및 자기장 구조에 따른 선형 이온 소스 내 플라즈마 방전거동 분석을 위해 object oriented particle in cell(OOPIC) 전산모사를 수행하였으며, 이를 통해 식각 또는 증착 공정에 적합한 이온 소스의 구조 및 공정 조건을 예측하였다. 또한 OOPIC 전산모사를 통해 예측된 이온빔 인출 경향을 Faraday cup을 이용한 이온빔 전류 밀도 측정을 통해 확인하였다. 실리콘 기판 식각 공정의 경우, 이온 전류밀도 및 에너지에 따른 식각 거동 분석, 이온빔 입사각 변화에 따른 식각 특성 분석을 통해 최적 식각 공정 조건을 도출하였다. 특히, 이온빔 입사각 변화에 따른 식각률 변화는 일반적으로 알려진 입사각에 따른 스퍼터링율과 유사한 경향을 보였다. 이온빔 에너지 3 kV, Ar 압력 1.3 mTorr 조건에서 기판 정지 상태시 약 8.5 nm/s의 식각 속도를 얻었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.95-95
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• 2013

박막 공정 기술은 반도체 및 디스플레이뿐만 아니라 대부분의 전자소자에 적용되는 매우 중요한 기술이다. 그 중, 마그네트론 스퍼터링 공정은 플라즈마를 이용하여 금속 및 세라믹 등의 벌크 물질을 박막으로 증착 가능한 가장 널리 사용되는 방법 중의 하나이다. 하지만, Fe, Co, Ni 같은 강자성체 재료는 공정이 불가능하며, 스퍼터링 타겟 효율이 40% 이하이고, 제한적인 방전압력 범위 및 전류 상승에 의한 높은 전압 인가 제한이 있다는 단점이 있다. 본 연구에서 사용된 고밀도 플라즈마 소스를 적용한 고효율 스퍼터링 시스템은 할로우 음극을 이용한 원거리에서 고밀도 플라즈마를 생성하여 전자석 코일을 통해 자석이 없는 음극으로 이온을 수송시켜 스퍼터링을 일으킨다. 따라서 강자성체 재료의 스퍼터링이 가능하며, 90% 이상의 타겟 사용 효율 구현 및 기존 마그네트론 스퍼터링 대비 고속 증착이 가능하다. 또한, $10^{-4}$ Torr 압력영역에서 방전 및 스퍼터링이 가능하다. 타겟 이온 전류를 타겟 인가 전압과 관계없이 0~4 A까지, 타겟 이온 전류와 상관없이 타겟 인가 전압을 70~1,000 V 이상까지 독립적으로 제어가능하다. 또한 TiN과 같은 질소 반응성 공정에서 반응성 가스인 질소를 40%까지 넣어도 타겟에 수송되는 이온의 양에 영향이 없다. 할로우 음극 방전 전류 40 A에서 발생된 플라즈마의 이온에너지 분포는 55 eV에서 가우시안 분포를 보였으며, 플라즈마 포텐셜인 sheath drop은 74 V 였다. OES를 통한 광학적 진단 결과, 전자석에 의한 이온빔 초점에 따라 플라즈마 이온화율을 1.8배까지 증가시킬 수 있으며, 할로우 음극 방전 전류가 60~100 A로 증가하면서 플라즈마 이온화율을 6배까지 증가 가능하다. 또한, 타겟 이온 전류와 관계없이 타겟 인가 전압을 300~800 V로 증가시킴에 따라 Ar 이온 밀도의 경우 1.4배 증가, Ti 이온 밀도의 경우 2.2배 증가시킬 수 있었으며, TiN의 경우 증착 속도도 16~44 nm/min으로 제어가 가능하다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.231-231
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• 1999

PDP(Plasma Display Panel)는 21세기 디스플레이 시장을 대체할 차세대 디스플레이 장치로서 넓은 시야각, 얇고, 가볍고, 메모리기능이 있다는 여러 가지 장점들을 가지고 있지만 현재 고휘도, 고효율, 저소비전력 등의 문제점들을 해결하여야 한다. 이러한 문제점들의 해결을 위해서는 명확한 미세방전 PDP 플라즈마에 대한 정확한 진단 및 해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 미세 면방전 AC-PDP 플라즈마의 기초 변수들 (플라즈마 밀도 & 온도, 플라즈마 뜬 전위, 플라즈마 전위 등의 측정을 통해 고휘도, 고효율 PDP를 위한 최적의 방전환경을 알아내는 데 있다. 일반적으로 전자의 밀도는 방전전류에 비례하는 관계를 보인다. 전류에 대해 방전전압이 일정하다면 전자밀도가 커짐에 따라서 휘도는 포화되며 상대적으로 휘도와 전류의 비로 표시되는 발광효율은 감소하게 된다. 반면 전자밀도가 상당히 작다면 휘도는 전자밀도에 비례하고 효율은 최대값을 보인다. 따라서 미세구조 PDP에서 휘도와 발광효율, 양쪽에 부합하는 최적의 방전환경을 플라즈마 전자밀도와 온도의 측정을 통해서 해석하는 것이 필요하다. 본 실험에서는 방전기체의 종류와 Ne+Xe 방전기체의 조성비에 따른 플라즈마 밀도, 온도의 공간적인 분포특성을 진단하기 위해서 초미세 랑뮈에 탐침(지름: 수 $mu extrm{m}$)을 제작하였다. 제작된 초미세 탐침을 컴퓨터로 제어되는 스텝핑모터를 장착한 정밀 X, Y, Z stage에 부착하여서 수 $\mu\textrm{m}$간격의 탐침 삽입위치에 따라서 미세면방전 AC-PDP의 플라즈마 밀도 및 온도분포 특성을 진단하였다. PDP 방전공간에 초미세 랑뮈에 탐침을 삽입해서 -200~+200V의 바이어스 전압을 가해준다. 음의 바이어스 전압구간에서 이온 포화전류를 얻어내어 여기서 플라즈마 이온 밀도를 측정하고 양의 바이어스 전압구간에서 플라즈마 전자온도를 측정하면 미세면방전 AC-PDP 플라즈마의 기초 진단이 가능하다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.27 no.9
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• pp.965-969
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• 2005

Current density is an important operating parameter in the ion-exchange membrane process. We observed the effects of fouling of a Neosepta AMX anion-exchange membrane(Tokuyama Soda, Japan) in 0.02 M NaCl solution containing 100 mg/L sodium humate. Membrane fouling was analyzed by measuring the change in the electrical resistance in the under- and over-limiting current density regions. The experimental results found that membrane fouling was negligible at under-limiting current densities, but was increased significantly when an over-limiting current was supplied. After the fouling experiments, the current-voltage curves for the fouled membranes were measured. From the curves, we observed increased electric resistance and reduced limiting current density(LCD), caused by the accumulation of humic acid on the membrane surface. Furthermore, membrane fouling increased as the acidity of the electrolyte solution containing humic acid increased. This occurred because the fouling of an anion-exchange membrane is affected more by the physicochemical properties of the humic substance than by the surface charge of the humate.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D
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• v.36D no.5
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• pp.29-35
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• 1999

Inductively coupled plsama etching of platinum thin film was studied using $O_2$ addition to $Cl_2$/Ar gas plasma. In this study, Pt etching mechanism was investigated with Ar/$Cl_2$ /$O_2$ gas plasma by using XPS and QMS. Ion current density was measured with Ar/$Cl_2$ /$O_2$ gas plasma by using single Langmuir probe. It was confirmed by using QMS and single Langmuir probe that Cl and Ar species rapidly decreased and ion current density was also decreased with increasing $O_2$ gas ratios. These results implied that the decrease of Pt etch rate is due to the decrease of reactive species ans ion current density with increasing $O_2$ gas mixing ratios. A maximum etch rate of 150nm/min and the oxide selectivity of 2.5 were obtained at Ar/$Cl_2$ /$O_2$ flow rate of 50 seem, RF power of 600 W, dc bias voltage of 125 V, and the total pressure of 10 mTorr.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.11a
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• pp.280-280
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• 2015

플라즈마 진단법 중 내부에 삽입하여 측정하는 단일 랭뮤어 탐침법은 플라즈마 특성을 정확하게 측정할 수 있다. 탐침에 (-)극을 걸어서 들어오는 전류를 통해서 이온포화 전류밀도를 측정할 수 있다. 본 연구에서는 유도결합플라즈마에 흐르는 가스와 압력에 따라서 변화를 확인하였다. $H_2$, Ar, $CF_4$ gas로 10 mTorr, 70 mTorr, $CF_4$ 주입위치의 조건으로 플라즈마 밀도를 구하였다.

• Membrane Journal
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• v.12 no.3
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• pp.143-150
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• 2002

Electrodialysis(ED) is a reliable and effective process for the separation and concentration of ionic compounds. However, commercial uses of ED are often hindered by the cost of the stack that mainly resulted from the ion-exchange membrane cost. In order to minimize the membrane cost, it is desired to operate ED at the highest practicable current density. In an actual ED system the high current operation is limited by the concentration polarization phenomenon. This article illustrates the transport phenomena of ions through ion exchange membranes using current-voltage relations as a characterizing method. Also recent studies on electroconvection and water-spitting phenomena caused by concentration polarization were reviewed.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.48 no.8
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• pp.611-620
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• 2020

The effect of discharge voltage on electron mean energy, electric potential, ionization rate, neutral and ion density of Hall thruster was analyzed using a two-dimensional axisymmetric hybrid model. The results of the code developed for this study such as discharge current, thrust, and plasma distribution according to discharge voltage of SPT-100ML Hall thruster were compared by experiments and calculations of other researchers for validation. The results show that the electron mean energy, the ionization rate, and the ion density are increased while the neutral density is decreased as the discharge voltage is increased. The thrust and the discharge current are proportional to the discharge voltage.