• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.245.2-245.2
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• 2014

홀 방식 이온빔 소스는 방전 채널 내부에 중성기체 및 전자를 주입하여 플라즈마를 생성하며, 생성된 이온들은 자기장에 의해 구속된 전자들과 양극이 만드는 전기장에 의해 가속되어 이온 빔을 발생시킨다. 홀 방식 이온빔 소스에는 고리형 소스와 원통형 소스가 있으며, 기하학적 구조 및 자기장 구조가 달라 발생되는 이온전류, 가속효율, 연료효율, 이온화 비율 등 플라즈마 특성이 다르다. 특히, 플라즈마의 이온화 비율은 이온빔 소스의 방전 전류 및 연료효율에 영향을 미치며, 다중전하를 띤 이온의 높은 에너지는 채널벽의 침식 문제를 야기하는 등 이온빔의 전하량 분석 연구는 물리적 연구측면 뿐만 아니라 실용적인 측면에서도 매우 중요하다. 원통형 소스의 경우 연료효율이 100% 이상으로, 이온화 효율이 매우 높아 발생되는 이온의 가속효율도 높게 나타난다. 본 연구에서는, 이를 통해 다중이온을 진단할 수 있는 ExB 탐침을 개발하여, 다중이온의 생성 비율과 연료 효율과의 관계를 살펴보았다. 이온전위지연 탐침과 패러데이 탐침을 이용하여 채널 및 자기장 구조에 따른 전류 분포 및 이온에너지분포를 측정하였으며, 이온 빔의 효율 및 플라즈마 특성을 분석하였다.

• 멤브레인
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• 제12권3호
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• pp.143-150
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• 2002

전기투석은 이온성 물질을 분리하고 농축하는데 안정하고 효과적인 공정으로 알려져 있다. 그러나 전기투석 공정은 고가의 이온교환막 때문에 실제 공정에 적용하는데 많은 제한을 받아오고 있다. 따라서 전기 투석공정의 운전 전류밀도를 가능한 높게 공급함으로써 이온교환막의 단면적당 flux를 증가시켜 주어야 한다. 그러나 실제 공정의 운전에 있어서 운전 전류밀도는 이온교환막 표면에서의 농도분극 현상으로 제한을 받게 된다. 본 총설에서는 이온교환막을 통한 이온의 이동현상을 설명하고 전류-전압 곡선을 이용한 막특성 분석을 소개하였다. 또한 한계전류밀도 전후의 전류 영역에서 농도분극 현상과 동반하는 전기대류(Electroconvection), 물 분해 현상 등에 대한 최근 연구결과를 정리하였다.

• 동굴
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• 제79호
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• pp.41-46
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• 2007

지구자기장의 성인에 대하여 고찰하고 기존 학설에 대한 신 모델을 제안하였다. 지자기 성인의 가장 유력한 이론적 모델은 열전류와 열화학적 전류에 의한 자기장 형성이다. 하지만, 이 모델은 매우 한정적 조건을 바탕으로 설명하고 있으며, 동시에 지자기의 분산과 세기의 상쇄 요인을 내포하고 있기 때문에 설득력이 저하된다. 그러나 본 제안의 가설에서 주장하는 이온층 전류에 의한 지자기의 성인은 그와 같은 분산 요인이 있을 수 없으며, 그 결과로 나타나는 지자기의 새기와 방향도 일정하게 형성됨이 해석 가능하기 때문에 타당성과 설득력이 높은 완벽한 이론이다. 따라서 이온층 전류에 의한 보다 안정적인 지자기성인의 전자기학적 신 모델을 제안한다.

• 에너지공학
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• 제3권1호
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• pp.62-69
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• 1994

화염중에 존재하는 이온 및 전자의 전기적 성질을 이용하여 연소실내의 화염전파속도를 파악하기 위해 실린더 헤드에 이온 프로브를 삽입하여 천연가스 및 가솔린의 화염전파속도를 측정하였다. 본 연구에 이용된 이온전류장치 설계에 의한 방법은 광학적 측정 장비에 비해 간단하며 쉽게 측정할 수 있고 가격도 저렴하고 응답성도 우수하였다. 이온 프로브의 제작과 신호처리에 관한 기초적인 지식을 얻었으며 천연가스 및 가솔린의 연소시 연소압력의 상승지점과 이온발생지점이 일관성있게 나타났다. 기관회전수의 증가에 따라서 연소실내의 화염전파속도가 증가했으며 같은 연소조건이라고 할 수 있는 동일 기관회전수, 당량비의 조건에서 점화시간에 대한 화염전파속도를 비교해 보면 메탄의 경우가 이론치보다 6 ms∼9 ms 정도 늦었다. 또한, 메탄가스 및 가솔린에 대해 이온 전류강도 및 화염 도달시간을 측정하였으며 연소실 벽면에서는 열전달에 의한 냉각효과로인해 화염 전파속도 및 이온농도가 감소했다.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.1633-1639
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• 1993

본 연구에서는 급속연소기술의 가솔린엔진에 적용을 목적으로 흡입과정시 강한 와류(swirl)를 생성하는 마스크부착 헤드(masked shroud head, MSH)형을 급속연 소형으로 제작하여 마스크부착 헤드형에서의 급속연소효과를 이온전류법에 의한 화염 속도를 측정하므로서 규명하려한다. 이온전류는 이온탐침계(ion probe)를 연소실 표면의 두 지점에 설치하여 검출하며, 이온전류 신호를 정성적인 방법으로 검증한 후 표준 헤드형과 마스크부착헤드형을 장착한 엔진에 대해서 화염전파 속도를 비교 측정 한다. 측정된 화염 전파속도는 정확한 연소특성 분석을 위해 각 사이클에서의 값을 표본으로 하는 통계적 방법으로 처리한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.216.1-216.1
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• 2014

Closed drift ion source는 그 특성으로 인하여 강판 표면처리, 금속 표면 산화막 형성, 폴리머 혹은 기타 표면 개질 등 다양한 분야에서 사용이 되고 있다. 다양한 환경에서 사용 되는 소스의 특성으로 인하여 각기 다른 공정에 대한 최적의 특성이 요구 되며, 이러한 공정 환경에 맞춘 소스를 설계하기 위해서 ion source내 전극의 구조 및 자기장 세기 등 이온소스의 구조적 특성에 대한 연구가 필요하게 된다. 본 연구에서는 선형 이온소스의 구조 설계를 위한 실험을 소형(이온빔 인출 슬릿 직경: 60 mm) 이온빔 인출 장치를 제작하여 전극 구조에 따른 방전 특성을 우선적으로 평가를 실시하여 소형 이온빔 인출 장치에서 도출된 결과를 바탕으로 0.3 m급 linear closed drift ion source 설계에 대한 변수를 조사 하였다. 실험은 양극-음극(C-A) 간 간격 및 음극 슬릿(C-C) 간격 그리고 자기장 세기 조건에서 방전 전류 및 인출 이온빔 전류량 측정하였으며, 이 결과를 전산모사 결과와 비교 하였다. 방전전압 1~5 kV, 가스유량 10~50 sccm 조건에서 Ar 이온빔 방전 특성을 평가한 결과, 양극-음극(C-A) 간격이 넓을수록, 음극-음극(C-C) 간격이 좁을수록 방전 전류량이 증가함을 확인 하였다. 또한, 공정 가스 압력 및 자기장 세기 변화에 따른 1~5 kV의 방전 전압에 대한 방전 특성의 관찰 결과, 압력 및 자기장 변화에 따라서 방전 전류의 변화를 관찰 할 수 있었으며, 이에 대한 결과를 통하여 이온 소스 구조 내부에서의 방전 영역에 대한 압력과 자기장 세기에 대한 영향을 분석 할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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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.

• 대한화학회지
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• 제38권10호
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• pp.734-740
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• 1994

Ag(I) 이온의 정량을 위해 cinchonidine으로 변성된 탄소 반죽전극(carbon paste electrode : CPE)을 제작하여 순환 전압-전류법 및 시차펄스 전압-전류법(differential pulse voltammetry:DPV)을 사용하여 정량하였다. Ag(Ⅰ)이온의 검출한계는 순환 전압-전류법으로는 $1.0 {\times}10^{-6}$ M, 시차펄스 전압-전류법에서는 $8.0{\times}10^{-9}$ M (${\pm}$0.6%)이었다. Ag(I)이온의 최적 분석조건은 pH 7, 담그는 시간은 20분, 그리고 탄소 분말에 대한 cinchonidine의 함량은 50% (w/w)였다. 방해 작용이 예상되는 다른 여러 종류의 금속 이온에 대하여 실험한 결과 Hg(II)이온을 제외한 다른 금속 이온 용액에서는 25% Ag(I) 이온 전류 크기가 감소하였다. 또한 Mn(II)이온이 존재할 때 pH 9에서 큰 방해 작용을 나타내었다.

• 한국진공학회지
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• 제10권4호
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• pp.396-402
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• 2001

전자빔 증착기를 이용하여 1000 $\AA$의 두께를 가진 MgO박막을 구리 기판위에 상온에서 증착하였다. 스퍼터링수율 측정시 MgO 층에 충전현상을 없애주기 위해서 1000 $\AA$ 두께의 Al을 증착하였다. 갈륨 액체금속을 집속이온빔 이온원으로 사용하였다. 두 개의 정전렌즈를 사용하여 이온빔을 집속하였고, MgO에 이온빔을 주사하기 위해 편향기를 사용하였다. 가속전압의 변화에 따라 시료대 전류와 이차입자 전류를 측정하였고, 이 전류값은 소스에 인가하는 가속전압에 따라 변화되었다 MgO 박막의 스퍼터링 수율은 분석된 시료대 전류, 이차입자 전류 및 순수빔 전류의 값을 사용하여 결정하였다. 집속이온빔 장치의 가속전압이 15 kV일 때 MgO 박막의 스퍼터링 수율은 0.30으로 나왔고 가속전압의 값이 증가할 때 스퍼터링 수율이 선형적으로 증가하였다. 이러한 결과를 볼 때 집속이온빔 장치를 이용하면 MgO 박막의 스퍼터링 수율을 측정할 패 매우 효과적임을 알 수 있다.