• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.191-191
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• 2016

대기압 저온 Ar 플라즈마 제트에서 발생되는 플라즈마에 대해 연구하였다. 플라즈마 제트의 본체는 주사기 바늘, 유리관 그리고 테프론 튜브로 구성되어 있다. 바늘의 앞부분은 유리관에 삽입되어 있으며 바늘의 뒷부분은 테프론 튜브와 연결되어 있다. 주사기 바늘에는 수십 kHz의 사인파를 발생시키는 DC-AC 인버터로 수 kV의 고전압을 인가해준다. 기체는 테프론 튜브를 통해 바늘의 안쪽으로 흐른다. 사용 기체는 Ar이며 유량은 3 lpm이다. 주사기 바늘형 전극의 내경은 1.3 mm, 외경은 1.8 mm, 총 길이는 39.0 mm이며 재질은 스테인레스강이다. 유리관의 내경은 2.0 mm, 외경은 2.4 mm, 총 길이는 80.0 mm이다. 자외선-근적외선 분광계를 이용하여 대기압 저온 Ar 플라즈마 제트에서 발생된 플라즈마의 분광 분석을 하였다. 플라즈마 제트에서 발생되는 플라즈마의 휘도는 대략 $10{\sim}30cd/m^2$이다. 플라즈마의 측정 위치, 플라즈마 제트의 입력 전압과 입력 전류, 기체 종류 등의 변수에 따른 분광 실험을 하였으며 이를 통해 얻은 분광 데이터를 일반적인 볼츠만 기울기법에 대입하여 플라즈마의 들뜸 온도를 측정하였다. 또한 Ar 플라즈마 제트의 분광 데이터를 수정된 볼츠만 기울기법에 대입하여 플라즈마의 전자 온도를 측정하였다. 이는 바이오-의료용 플라즈마 및 플라즈마 공정 등의 다양한 응용 분야에서 유용하게 활용할 수 있을 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.506-506
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• 2012

플라즈마 제트 장치를 이용하여 두 개의 플라즈마 plume을 평행하게 발생시킨다. 두 개의 플라즈마 plume의 전위차를 전극에서부터 plume 끝단까지 위치별로 측정한다. 두 개의 플라즈마 제트 장치에 인가하는 전압의 위상이 서로 반대일 경우, 두 개의 플라즈마 plume의 전위차로 인하여 plume사이에 streamer가 발생한다. 대기압에서 streamer가 발생하려면 십여 kV 이상의 전위차가 있어야 한다. 반대로 동일한 위상의 전압을 인가할 경우, 두 개의 플라즈마 plume의 전위차는 없기 때문에 plume사이에 streamer가 발생하지 않는다. 두 개의 플라즈마 제트 장치를 등가회로로 구성하고 위상차로 인한 streamer 발생여부를 확인한다. 그리고 두 개의 플라즈마 plume 사이에 발생한 streamer와 플라즈마 제트 장치를 등가회로로 구성하여 발생시킨 streamer 양을 비교한다. 이를 통해 플라즈마 plume의 전위차를 확인한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.462-462
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• 2012

바이오 플라즈마의 일환으로 대기압 플라즈마 제트 장치를 개발하여 혈액 응고 실험을 하였다. 대기압 플라즈마 제트 장치는 의료용 바늘, 테프론 튜브, 유리관으로 이루어져 있다. 본 실험에 사용된 플라즈마 제트 장치는 두 전극 사이에 유전체로 사용된 유리관이 설치된 유전체 장벽 방전 플라즈마의 한 형태라 할 수 있다. 플라즈마 제트에 주입된 가스는 Ar이며 전기적, 열적 충격이 없다. 출력전압은 1.2 kV, 출력전류는 1.9 mA, 구동주파수는 40 kHz이다. 출혈이 발생한 상처에 조사한 결과, 9 초만에 혈액이 응고되는 것을 확인하였다. 또한, 멀티 플라즈마 제트 장치를 고안하였다. 플라즈마 제트에서 발생되는 플라즈마 양을 증가시킴으로서 대면적으로 활용할 수 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.522-522
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• 2012

저온 대기압 플라즈마 제트는 가스 flow량에 따른 방전 특성 연구는 진행이 되고있으나 저온 대기압에서 플라즈마 제트 양극사이의 간격에 따른 방전전압 특성의 연구는 아직 진행이 미비한 상황이다. 본 연구에서는 저온 대기압 플라즈마 제트로 파셴곡선의 특성을 조사 분석하여 플라즈마 방전전압의 특성을 규명하고자 한다. 방전가스는 Ar을 사용하였으며 DC-AC 인버터로 고전압을 인가하여 플라즈마 제트 장비를 구동을 하였다. 그 결과 저온 대기압 방전에서 플라즈마 제트 양극 사이의 간격이 가까울수록 방전전압의 크기가 줄어드는 것을 확인을 할 수가 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.505-505
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• 2012

플라즈마 제트에서 발생하는 전기적 충격을 제거하기위한 특성을 조사하였다. 바이오 플라즈마 연구에 사용되는 대기압 플라즈마 제트는 일반적으로 아르곤 등의 불활성 가스를 주입하고 고전압을 전극에 인가하여 플라즈마를 발생하는 방식이다. 저주파(수십~수백 kHz) 전원 장치로 발생하는 일반적인 플라즈마 제트에서의 전기적 데미지는 전류 값이 2 mA 이상일 때 발생한다. 본 실험에 사용한 장치는 석영관의 양단 끝에서 가스를 주입하여 석영관 중앙에 위치한 홀로 가스가 빠져나가는 구조이다. 석영관 양단 끝에 위치한 전극에 서로 반대 위상의 교류전원을 인가하고, 그로 인해 발생된 플라즈마는 중앙에 위치한 홀로 방출된다. 따라서 홀이 위치한 석영관 중앙의 전압은 수십 V로 측정되었으며, 이로 인한 전기적 충격이 없었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.239.2-239.2
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• 2014

태양전지의 전면전극과 웨이퍼의 접촉저항은 태양전지의 효율을 저하시키는 원인이 된다. 전면전극과 웨이퍼의 접촉저항을 감소시키는 공정으로써 선택적 에미터 도핑이 널리 적용되고 있다. 선택적 에미터 도핑은 태양전지의 전면전극 하부에 고농도 도핑을 함으로써 전극과 웨이퍼의 접촉저항을 감소시켜 태양전지의 효율상승을 유도한다. 이러한 선택적 에미터 도핑은 주로 고가의 레이저 장비가 요구 되어 생산단가가 높으며 웨이퍼의 구조적 손상을 야기한다. 본 연구에서는 고가의 레이저 장비를 플라즈마 제트 장치로 대체함으로써 생산단가를 낮추고자 한다. 도펀트가 도포된 웨이퍼에 플라즈마 제트를 조사하면 플라즈마 전류 흐름에 의한 저항 열이 발생한다. 발생된 열에 의해 도펀트가 웨이퍼에 확산되어 도핑된다. 플라즈마 제트로 구성된 선택적 에미터 도핑 장비 개발을 위한 기초 특성을 조사한다. 플라즈마 제트의 전류량의 변화에 따른 웨이퍼의 온도 특성과 도포된 도펀트 용재의 인산 함유량에 따른 도핑 깊이를 조사한다. 또한 선택적 에미터 도핑의 생산성을 향상시키기 위해 다중 채널 플라즈마 제트 장치를 구성하여 특성을 조사한다. 각 채널의 플라즈마 제트의 선폭과 전류량이 적절한 균일도를 갖도록 한다. 도핑 프로파일은 이차 이온 질량분석법을 통해 분석한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.554-554
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• 2013

대기압 제트 플라즈마를 저주파(수-수십 kHz) 전압에서 구동 시, 일반적으로 '스트리머(streamer)'혹은 '플라즈마 총알(plasma bullet)'로 불리는 현상이 특정 운전조건에서 관찰된다. 본 연구에서는 동일 구조의 Ta, Ti, stainless steel, brass, Cu, Ni 전극을 이용하여 전극물질에 따른 대기압 제트 플라즈마의 특성 변화를 분석하였다. 각각의 물질은 서로 다른 이차전자방출계수, 일함수, 전기전도도 등 고유한 성질이 다르기 때문에 이들 전극을 이용하여 발생시킨 제트 플라즈마 역시 다른 특성을 갖는다. Acton SpectroPro750 분광기를 이용하여 얻은 플라즈마 방출광스펙트럼으로부터 구한 전자 여기온도(Texc=680~720 K)와 OH의 분자 회전온도(Trot=350~380K)는 물질에 따라 큰 변화를 보이지 않았으나, 발생된 스트리머 거동에서 큰 차이를 확인하였다. ICCD 카메라를 이용한 시간 분해된 이미지에서 전극물질에 따른 첫 번째 스트리머의 발생시간 및 스트리머 속력, 두 번째 스트리머의 분리시간이 모두 다른 것을 확인하였다. 제일 차이가 심하게 나타나는 Ti과 Cu의 경우 첫 스트리머의 발생시간 차이는 약 $1{\mu}s$이며, 평균속력 및 순간속력이 약 2 km/s 차이가 났다. 이 결과를 통해 물질의 이차전자방출계수 및 일함수가 대기압 제트 플라즈마에서 스트리머 발생에 영향을 주는 것을 알았고, 다른 전극물질을 사용한 제트 플라즈마의 특성이 다름에 따라 여러 응용에서의 결과에도 영향을 미칠 것이라생각한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.514-514
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• 2013

플라즈마와 혈액의 상호작용 특성을 파악하기 위해 혈액응고 실험을 하였다. 생체에 적용 가능한 바이오 플라즈마 소스를 개발하여 다양한 조건으로 혈액에 플라즈마를 조사하였다. 혈액 응고의 정량적인 측정 방법으로 혈액의 저항을 측정하였다. 본 실험에 사용된 플라즈마 제트 장치는 의료용 바늘과 유리관, 외부 접지로 이루어져 있다. 플라즈마 제트 장치는 고전압 전극이 유리관 안에 위치하고 접지 전극이 유리관 바깥에 위치한다. 의료용 바늘을 통해 Ar gas를 주입하며, 약 2 kV의 전압을 인가하여 방전시켰다. 자연적으로 혈액을 응고시킨 경우, 칼슘 클로라이드를 첨가하여 응고시킨 경우, Ar gas 및 온풍을 단독적으로 불어넣은 경우, 그리고 플라즈마 제트를 조사한 경우로 나누어 실험을 진행하였다. 두개의 떨어진 전극 사이에 일정량의 혈액을 배치시켜 저항을 측정하여 응고 정도를 파악하였다. 플라즈마 제트를 조사하였을 경우 아무것도 처리하지 않은 자연상태의 혈액보다 혈액이 응고되는 속도가 빠르게 나타났다. Ar gas와 온풍을 단독으로 불어넣어 준 경우와 혈액 표면이 응고되었으나, 약 20초가 지나면 다시 원래 상태의 혈액으로 돌아감을 확인하였다. 플라즈마 제트를 혈액에 조사했을 때는 혈액이 이전의 혈액 상태로 돌아가는 경향이 나타나지 않았다.

• 한국진공학회지
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• 제21권6호
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• pp.301-311
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• 2012

결정질 태양전지 등의 도핑 공정에 적용하기 위한 플라즈마 제트 장치의 기초 방전 특성을 조사한다. 대기압에서의 아르곤 플라즈마 제트와 대기 압력변화에 대한 대기 플라즈마 제트, 그리고 아르곤 분위기 압력 변화에 대한 플라즈마 제트의 전류-전압은 전형적인 정상 글로우 방전의 특성을 갖는다. 대기압 플라즈마 제트의 방전 전압은 약 2.5 kV의 높은 전압이 요구되며, 대기 및 아르곤 플라즈마 제트는 200 Torr 이하의 낮은 압력에 대한 방전 전압은 약 1 kV가 된다. 도핑용 실리콘 웨이퍼에 조사되는 단일 채널 플라즈마 제트의 전류는 인가전압의 조정에 의하여 수 10~50 mA의 고 전류를 용이하게 얻는다. 플라즈마 제트를 웨이퍼에 조사하는 경우에 웨이퍼의 온도 상승은 정상상태에서 약 $200^{\circ}C$가 된다. 실리콘 웨이퍼에 도핑 용재인 액상의 인산을 도포하여 플라즈마를 조사한 결과 얻어진 인 원자의 도핑 분포는 플라즈마 제트 도핑의 가능성을 보여준다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.204-204
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• 2016

다양한 형태의 대기압 저온 플라즈마 장치를 개발하고 특성을 연구하였다. 최근 대기압 저온 플라즈마를 의료 및 미용 분야에 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 대기압 플라즈마 장치의 생체 적용을 위해 전기적, 열적 피해가 없는 플라즈마 발생 장치를 개발하였다. 대기압 플라즈마 발생 장치는 크게 플라즈마 제트와 유전 격벽 방전(DBD) 플라즈마의 형태로 나눌 수 있다. 대기압 플라즈마 제트는 고압 전극의 역할을 하는 주사 바늘과 바늘을 감싸고 있는 유리관, 유리관의 외부에 위치하는 접지 전극의 구조로 되어 있다. 방전 기체는 방전이 용이한 불활성 가스가 주로 사용되지만, 필요에 따라 $N_2$나 Air같이 방전이 어려운 분자 및 혼합 기체도 사용 한다. 방전 기체에 따라 대기압 플라즈마 제트의 전극 구조를 다르게 적용하였으며, 각 구조에서의 플라즈마 방전 특성을 연구 하였다. 유전 격벽 방전 플라즈마 장치는 고압 전극과 접지 전극 사이에 유전체가 위치하는 구조이다. 방전 가스를 불어주지 않아도 대기중에서 방전이 가능하고, 구조가 간단하여 용도에 맞는 다양한 형태로 방전이 가능하다. 이러한 대기압 저온 플라즈마의 특성 연구를 바탕으로 전기적, 열적 피해가 없으며 사용자 편의성을 갖춘 다양한 형태의 대기압 플라즈마 장치를 개발 하였다. 본 연구를 통하여 대기압 저온 플라즈마 발생 장치의 개발과 활용 연구에 도움이 될 것으로 기대한다.