• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.190-190
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• 2012

전북대학교 고온 플라즈마 응용 연구 센터는 교육과학기술부 기초연구사업 중 고가연구장비 구축사업의 일환으로 소재공정용 다목적 100 kW 플라즈마 발생장치를 구축하고 있다. 100kW급 ICP (RF)형 플라즈마 발생장치는 RF 전력 인출이 이중으로 되어있어 한쪽에서는 수~수십 um 크기의 금속, 세라믹 등 고융점 원료분말을 순간적으로 용해, 기화 및 분해시키고 이들 기화 또는 분해된 증기를 급랭시키는 과정에서 초미분(<1 um)을 합성하는 플라즈마 합성법 연구가 가능하도록 RF 플라즈마 분말 합성 시스템이 연결되어 있고 다른 한쪽으로는 진공 챔버 내에서 고온 고속의 RF 플라즈마 불꽃을 형성 한 후 RF 플라즈마의 축 방향으로 반응성 가스 및 코팅 대상 물질을 주입하여 코팅 할 수 있는 열플라즈마 용사코팅 시스템이 연결되어 있는 다목적 연구 장치이다. 본 장치는 100 kW급 RF 전원 공급기와 유도결합형 플라즈마 토치, 플라즈마 분말 합성 부, 플라즈마 코팅 및 반응성 증착부, 가스 공급부, 냉각수 공급부, 전기 계장/제어부로 구성되어 있다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.07c
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• pp.1573-1575
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• 2001

삼상 교류에 의한 플라즈마 발생 장치 중구리튜브 전극을 이용한 아크 글라이딩 식의 비이행형 플라즈마 발생장치는 전극구조가 간단하고 교체가 용이 할 뿐 아니라, 전극과 노즐의 형상을 유해 가스 처리에 충분한 엔탈피를 가지도록 설계될 수 있으므로, DC형과 더불어 차세대 환경정화용 핵심장치로 관심을 모으고 있다. 본 연구에서는 교류형의 특성상 어쩔 수 없이 발생하는 열플라즈마의 플리커를 제어하기 위해 글라이딩 아크의 움직임과 플라즈마 플래임의 움직임을 분석하여 열 플라즈마의 안정화 조건을 정립하고자 하였다. 또한 본 논문에서는 여러 가지 조건에서 수행된 플라즈마에 관련된 수치해석과 플라즈마 발생기의 동작시험의 결과를 바탕으로 삼상교류 열플라즈마를 안정시킬 수 있는 기본적인 조건의 범위를 제시하였으며 이에 대한 토의를 기술하였다.

• The Optical Journal
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• s.141
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• pp.46-50
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• 2012

플라즈마는 반도체, 우주 추진체, 수소 에너지, 디스플레이, 태양전지 등 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 특히 대기압 플라즈마는 기압을 낮추기 위한 별도의 기압 조정 설비가 필요하지 않아 활용도가 매우 높다. 이번호에서는 최첨단의 대기압 플라즈마 장치인 '멀티가스 데미지프리 플라즈마 제트', '리니아형 데미지프리 플라즈마', '온도제어 플라즈마'를 소개한다. 이 원고는 도쿄공업대학 종합이공학연구과 창조에너지전공의 오키노 아키토시 교수가 월간 OPTRONICS 2012년 6월호에 기고한 내용으로 그린광학의 유정훈 팀장이 번역에 도움을 주었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.293.1-293.1
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• 2013

탄소나노튜브(carbon nanotubes; CNTs)는 우수한 물성으로 인하여 전자소자, 에너지 저장매체, 투명전도막, 복합재료 등 매우 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 예측되고 있으며, 더욱이 이러한 특성은 구조변형, 화학적 도핑뿐만 아니라 표면처리를 통해서 제어가 가능하다고 알려져 있다. 이를 위해 기존에는 열처리를 통하여 CNTs를 표면처리한 결과들이 보고되었으나, 고온에서 장시간의 공정이 요구되는 열처리 공정의 단점을 보완하기 위하여 플라즈마 처리를 통해 상온에서 단시간의 공정으로 CNTs를 표면처리하는 방법이 제시되었다. 특히 최근에는, 향후 산업적 응용을 목적으로 종래의 진공 환경에서 벗어나 대기압 연속공정 개발을 위한 대기압 플라즈마 기반의 표면처리 공정에 대하여 관심이 집중되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 대기압에서 플라즈마를 안정적으로 방전 및 유지 할 수 있는 플라즈마 토치 시스템을 구축하였고, 이를 이용하여 수직배향 CNTs를 표면 처리함으로써 그 영향을 살펴보았다. CNTs는 $SiO_2$ 웨이퍼 위에 증착한 철 촉매를 이용하여 $750^{\circ}C$에서 수직배향 합성하였으며, 원료가스로는 아세틸렌을 사용하였다. 대기압 플라즈마 장치의 경우 고전압 교류 전원장치를 이용하여 토치타입으로 제작하였다. 플라즈마는 아르곤과 질소가스를 시용하여 방전하고, 기판과의 거리 및 처리시간을 변수로 CNTs를 표면처리하였다. 플라즈마 처리 전후 접촉각 측정을 통하여 소수성이었던 CNTs 표면이 친수성으로 변화하는 것을 확인하였다. 또한 Raman 분석을 통하여 대기압 플라즈마의 처리조건에 따른 CNTs 의 구조적 결함 발생 정도를 정량화 시킬 수 있었다. 이를 통하여 대기압 플라즈마를 이용할 경우, CNTs의 구조적 손상을 최소화 하면서 효율적으로 표면특성을 변화시킬 수 있는 처리조건을 도출하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.82.2-82.2
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• 2013

반도체 및 디스플레이 소자를 생산 하기 위하여 다양하고 많은 공정 기술이 사용 되며 그 중에서 플라즈마를 이용하는 제조공정이 차지 하는 부분은 상당한 부분을 차지 하고 있습니다. 전체 반도체 공정 중 48%가 진공공정이며, 진공공정 중 68% 이상이 플라즈마를 이용하고 있으며, 식각과 증착 장비 뿐만 아니라 세정과 이온증착 에 이르기 까지 다양하며 앞으로도 더욱 범위가 늘어 날 것으로 보입니다. 이러한 플라즈마를 이용한 제조 공정들은 제품의 생산성을 향상 하기 위하여 오염제어 기술을 비롯한 공정관리기술 그리고 고기능 센서기술을 이용한 공정 모니터링 및 제어 기술에 이르기 까지 다양한 기술들을 필요로 합니다. 플라즈마를 이용한 제조 장비는 RF파워모듈, 진공제어모듈, 공정가스제어모듈, 웨이퍼 및 글래스의 반송장치, 그리고 온도제어 모듈과 같이 다양한 장치의 집합체라 할 수 있습니다. 플라즈마의 생성과 이를 제어 하기 위한 기술은 제조장비의 국산화를 위한 부단한 노력의 결실로 많은 부분 기술이 축적되어 왔고 성과를 거두고 있습니다. 그러나 고기능 모니터링 센서 기술 개발은 그 동안 활발 하게 이루어져 오고 있지 않았으며 대부분 외산 기술에 의존해 왔습니다. 세계 반도체 시장은 현재 300 mm 웨이퍼 가공에서, 추후 450 mm 시장으로 패러다임이 변화될 예정이며, 미세화 공정이 더욱 진행 됨에 따라 반도체 제조사들의 관심사가 "성능 중심의 반도체 제조기술"로부터 "오류 최소를 통한 생산성 향상"에 더욱 주목 하고 있습니다. 공정미세화 및 웨이퍼 대구경화로 인해 실시간 복합 센서를 이용한 데이터 처리 알고리즘 및 자동화 소프트웨어의 기능이 탑재된 장비를 요구하고 있습니다. 주식회사 레인보우 코퍼레이션은 플라즈마 Chemistry상태를 정성 분석 가능한 OES (Optical Emission Spectroscopy)를 이용한 EPD System을 상용화 하여 고객사에 공급 중이며, 플라즈마의 광 신호를 실시간으로 고속 계측함과 동시에 최적화된 알고리즘을 이용하여 플라즈마의 이상 상태를 감지하며 이를 통하여 제조 공정 및 장비의 개선을 가능하게 하여 고객 제품의 생산성을 향상 하도록 하는 기술을 개발 하고 있습니다. 본 심포지엄에서는 주식회사 레인보우 코퍼레이션이 개발 중인 "실시간 고속 플라즈마 광 모니터링 기술" 의 개념을 소개하고, 제품의 응용 범위와 응용 방법에 대하여 설명을 하고자 합니다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.278.2-278.2
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• 2013

그래핀은 우수한 전기적, 기계적, 광학적 특성들로 인하여 전자소자, 센서, 에너지 재료 등으로의 응용이 가능하다고 알려진 단 원자층의 탄소나노재료이다. 특히 그래핀을 전자소자로 응용하기 위해서는 캐리어 농도, 전하 이동도, 밴드갭 등의 전기적 특성을 향상시키거나 제어하는 것이 요구되며, 에너지 소재로의 응용을 위해서는 높은 전기전도도와 함께 기능화를 통한 촉매작용을 부여하여 효율을 향상시키는 것이 요구된다. 일반적으로 화학적 도핑은 그래핀의 전기적 특성을 제어하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 화학적 도핑의 방법으로 질소, 수소, 산소 등 다양한 이종원소를 열처리 또는 플라즈마 처리함으로써 그래핀을 구성하는 탄소원자를 이종원자로 치환하거나 흡착시켜 기능화 처리된 그래핀을 얻는 방법들이 제시되었다. 이중 플라즈마를 이용한 도핑방법은 저온에서 처리가 가능하고, 처리시간, 공정압력, 인가전압 등 플라즈마 변수를 변경하여 도핑정도를 비교적 수월하게 제어할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 열화학기상증착법으로 합성된 그래핀을 직류 플라즈마로 처리함으로써 효율적인질소도핑 조건을 도출하고자 하였다. 그래핀의 합성은 200 nm 두께의 니켈 박막이 증착된 몰리브덴 호일을 사용하였으며, 원료가스로는 메탄을 사용하였다. 그래핀의 질소 도핑은 평행 평판형 직류 플라즈마 장치를 이용하여 암모니아($NH_3$) 플라즈마로 처리하였으며, 플라즈마 파워와 처리시간을 변수로 최적의 도핑조건 도출 및 도핑 정도를 제어하였다. 그래핀의 질소 도핑 정도는 라만 스펙트럼의 G밴드의 위치와 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)의 변화를 통해 확인하였다. NH3 플라즈마 처리 후 G밴드의 위치가 장파장 방향으로 이동하며, 반치폭은 감소하는 것을 통해 그래핀의 질소도핑을 확인하였다.

• Journal of Industrial Convergence
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• v.21 no.7
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• pp.83-92
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• 2023

The bullet shape of the plasma jet using the atmospheric-pressure dielectric barrier discharge method changes depending on the applied fluid rate and the intensity of the electric field. This changes appear as a difference in spectral distribution due to a difference in density of the DBD plasma jet. It is an important factor in utilizing the plasma device that difference between the occurrence of active species and the intensity through the analysis of the spectrum of the generated plasma jet. In this paper, a plasma jet generator of the atmospheric pressure volume DBD method using Ar gas was make a prototype in accordance with the proposed design method. The characteristics jet fluid rate analysis of Ar gas was accomplished through simulation to determine the dependence of flow rate for the generation of plasma jets, and the characteristics of plasma jets using spectrometers were analyzed in the prototype system to generate optimal plasma jet bullet shapes through MFC flow control. Through the design method of the proposed system, the method of establishing the optimal plasma jet characteristics in the device and the results of active species on the EOS were verified.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.150-150
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• 2012

본 연구에서 개발된 Enhanced huels형 플라즈마 발생장치는 초음속 공기 플라즈마 환경에 대한 열 보호 물질의 개발과 시험평가를 위한 지상 시뮬레이션 시험을 목적으로 개발되었다. Enhanced Huel형 플라즈마 토치는 고출력에도 불구하고 전극 부식에 의한 오염도를 최소화할 수 있고, 일반적인 직류 토치로는 얻을 수 없는 초고엔탈피 플라즈마 열유동을 얻을 수 있는 특징이 있다. 구축된 장치는 최대 직류 전력 1,200 kW까지의 출력 제공이 가능한 DC 전원과 플라즈마 토치, 플라즈마의 진단계측 및 재료 시험 수행이 가능한 진공쳄버, 플라즈마를 기체로 회복시켜주기 위한 디퓨저, 디퓨저를 빠져나오는 초고온 열 유동으로부터 열을 제거하기 위한 열교환기, 쳄버 전체의 압력을 제어하기 위한 진공 장치, 후처리 시스템, 가스 공급부 시스템, 냉각수 공급 시스템으로 구성되어 있다. 또한 플라즈마 진단계측장비로는 enthalphy 측정시스템과 각 종 열유속 측정 탐침기, pyrometers, 분광계, 적외선 카메라, 고속 카메라를 갖추고 있다. 시운전 결과 토치 공급전력 412 kW, 공기공급 12.31 g/s , 토치 내부압력 4.14 bar의 운전조건에서 62%의 효율로 플라즈마 엔탈피 16.7 MJ/kg의 성능을 얻었다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.29 no.1
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• pp.10-17
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• 2018

POU (point of use) scrubbers were applied for the treatment of waste gases including PFCs (perfluorocompounds) exhausted from the CVD (chemical vapor deposition), etching, and cleaning processes of semiconductor and display manufacturing plant. The GWP (global warming potential) and atmosphere lifetime of PFCs are known to be a few thousands higher than that of $CO_2$, and extremely high temperature more than 3,000 K is required to thermally decompose PFCs. Therefore, POU gas scrubbers based on the thermal plasma technology were developed for the effective control of PFCs and industrial application of the technology. The thermal plasma technology encompasses the generation of powerful plasma via the optimization of the plasma torch, a highly stable power supply, and the matching technique between two components. In addition, the effective mixture of the high temperature plasma and waste gases was also necessary for the highly efficient abatement of PFCs. The purpose of this paper was to provide not only a useful technical information of the post-treatment process for the waste gas scrubbing but also a short perspective on R&D of POU plasma gas scrubbers.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.184-184
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• 2016

대기압 플라즈마를 이용한 폴리머 합성은 기존의 합성방법에 비해 간단하고 쉽게 폴리머를 합성할 수 있다는 장점이 있다. 대부분의 폴리머는 합성온도가 $150^{\circ}C$ 이하이기 때문에 각 폴리머에 적합한 온도를 제어하는 것이 핵심이라 할 수 있다. 본 연구에서는 폴리머 합성온도를 제어하기 위하여 플라즈마 방전전극에 모노머를 직접 주입하지 않고 간접적인 방법을 선택했다. 그리고 모노머는 액체 공급 장치를 이용해 플라즈마의 가스량과 파워를 제어하면서 폴리머를 합성의 조건을 찾았다. AC 플라즈마를 이용해 methyl methacrylate($C_5H_8O_2$) 모노머를 폴리머로 합성했으며, 그 결과는 FTIR, XRD 등으로 분석하고 특성을 평가했다. FTIR의 결과, C-O, C-H, C=O 등의 전형적인 poly methyl methacrylate(PMMA)의 피크를 확인할 수 있었다. 그리고 XRD의 관찰결과 C1s 및 O1s의 각 binding energy가 각각 283, 285, 288 eV 및 533 eV 주변에서 확인되었다. 그리고 합성시간에 따라 폴리머의 두께가 비례해서 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 실험결과, AC 플라즈마를 이용한 폴리머합성은 가능한 것으로 확인되었으며 소형화 및 휴대가 가능하기 때문에 식품, 바이오, 의약품, 의료용품 등의 현장포장 등 여러 가지 용도로 활용이 가능할 것으로 판단된다.