• 한국항공우주학회지
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• 제47권2호
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• pp.90-97
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• 2019

스파크제트 액츄에이터는 플라즈마 합성 제트 액츄에이터(plasma synthetic jet actuator, PSJA)라고도 불리는 능동 유동 제어 장치로, 초음속 유동의 제어 가능성이 있어 많은 연구가 진행 중이다. 이 액츄에이터는 아크 플라즈마를 이용해 캐비티(cavity) 내부에 에너지를 주입하여 온도와 압력을 상승시킨다. 온도와 압력이 상승한 캐비티에서 오리피스(orifice)를 통해 압력파와 제트가 분출되어 외부 유동에 교란을 준다. 플라즈마의 영향으로 캐비티 유동은 고온, 고압의 평형 유동이 되기 때문에 스파크제트 액츄에이터의 유동 해석을 위해선 공기의 평형 상태를 고려해야 한다. 본 연구에서는 평형 유동의 특성을 고려하여 스파크제트 액츄에이터 유동 해석을 위한 수치해석 프로그램을 개발했다. 개발된 프로그램의 검증으로 문헌에서 얻을 수 있는 실험 결과와 시간에 따른 제트의 위치를 비교했다. 또한 상온, 상압의 무풍에서 액츄에이터의 추력 특성을 분석했다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.54.2-54.2
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• 2011

야금학적 정련 공정 중 슬래그 처리, 일방향 응고, 플라즈마-전자기유도용해 공정을 적용한 태양전지용 실리콘 제조 기술에 관한 연구를 수행하였다. 원소재인 금속급 실리콘을 제조하기 위해원재료로 규석, 코크스(Cokes), 숯, 그리고 우드칩(Wood chip)을 사용하였으며, 150kW급 DC 아크로(Arc furnace)를 이용하여 순도 99.8% 금속급 실리콘을 제조하였다. 제조된 용융 상태의 금속급 실리콘은 슬래그와 반응시켜 불순물을 제거하였다. SiO2-CaO-CaF2 계의 슬래그를 이용하였으며, 금속급 실리콘과 슬래그의 질량비 및 반응 시간에 따른 실리콘 불순물 특성을 평가하였다. 이후 고액 계면이 제어 가능한 일방향 응고 장치를 이용하여 금속불순물을 제거하였다. 고액상태의 온도 조건 및 응고 시간에 따른 불순물 농도 변화를 평가하였으며, 순도 6N급의 실리콘을 제조하였다. 마지막 공정으로 스팀 플라즈마 토치와 냉도가니가 적용된 전자기 유도 용해장치를 이용하여 붕소와 인을 제거하였다. 플라즈마 토치 가스로는 아르곤, 스팀, 수소를 이용하였다. 붕소와 인의 제거율은 각각 94%와 96%를 달성하였으며, 최종 순도 6N급의 실리콘을 제조하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.71-71
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• 2015

반도체 및 디스플레이 소자 제조를 위한 진공 플라즈마는 다양한 공정 조건하에서 다양한 공정 가스의 물리화학적 반응에 의한 박막의 형석 및 식각 반응을 유도한다. 실 공정 하에서 기체 성분의 환경 조건에 의하여 박막층 및 식각 구조 형성에 심각한 영향이 발생할 수 있으며, 공정 조건에서 기체 압력을 완벽하게 컨트롤 하는 것은 현실상 불가능하므로 기체 부분압력이 실시간으로 반드시 모니터링 되고 이를 피드백으로 하여 압력 변수가 조정되어야 완벽하게 공정을 제어할 수 있다. 이를 위하여 현장에서 플라즈마 공정을 실시간 in-situ 모니터링 할 수 있는 다양한 진단 방법이 도입되고 있으며 접촉신 진단 방법은 플라즈마와 섭동으로 인한 교란을 유발하고, 이온에너지 측정의 한계가 존재하며 비접촉식 방법 중의 하나인 유도형광법(LIF)은 측정 물질의 제한으로 인하여 플라즈마 내에 존재하는 다양한 가스 종의 거동을 살필 수 없는 등 현실 적용 측면에서 실 공정에 적용하는데 단점이 존재한다. 공정 상태 및 RF에 의한 영향을 주고받지 않고, 민감한 공정 변화의 감지 및 혼합가스를 사용하는 실시간 공정 진단을 위하여 비접촉 광학 측정 방식인 발광 분광 분석법(optical emission spectroscopy, OES)이 각광받고 있으며, 본 강습에서는 분광학의 기본 개념 및 OES를 이용한 진공 플라즈마 진단 방법에 관한 전반적인 개요를 설명하도록 한다

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2022년도 춘계학술대회
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• pp.27-30
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• 2022

기존의 공정방식에 비해 효율성이나 환경적 면에서 많은 장점을 가진 플라즈마 공정은 반도체 제작에서 널리 사용되고 있다. Plasma Sheath란 플라즈마 bulk와 그 것을 둘러싸고 있는 챔버 벽면과 전극 사이에서 관찰되는 어두운 영역으로 양이온과 전자의 이동속도 차이로 인해 발생한다. Plasma Sheath Monitoring Sensor (PSMS)는 플라즈마와 전극 사이의 전압(Voltage) 차이와 전극에 걸리는 RF power 등을 실시간으로 측정하는 센서로서 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마의 상태와 매우 상관도가 높을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 PSMS 데이터를 활용하여 플라즈마 챔버 내의 질소이온의 상태를 예측하는 모형을 딥러닝 기계학습 기법을 이용하여 구축하였다. 연구에 사용된 데이터는 파워와 압력을 달리 셋팅한 실험에서 측정된 PSMS 데이터를 학습데이터로 활용하고 플라즈마 bulk와 Si substrate에서 측정된 질소 이온의 비율, 플럭스, 밀도를 레이블로 활용하였다. 본 연구의 결과는 향후 플라즈마 공정의 최적화 및 실시간 정밀제어를 위한 인공지능 기술의 기초가 될 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.523-523
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• 2013

대기압 제트 플라즈마는 의료산업 및 재료공정, 정수, 기체흐름 제어 등 다양한 분야에 적용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 뿐만 아니라 구동 조건에 따라 다양한 방전 모드가 존재하며, 이에 따라 발생된 플라즈마의 광학적 및 전기적 특성도 매우 다르게 나타나기 때문에 과학적으로도 새로운 현상들이 속속 발표되고 있다. 대기압 제트 플라즈마에서 중요한 과학적 현상 중 하나인 스트리머(streamer) 혹은 플라즈마 총알(plasma bullet)은 수-수십 kHz의 저주파 전압으로 구동 시 특정 조건에서 발생하는 현상으로, 최근 들어 시간분해능이 높은 ICCD 카메라를 이용하여 스트리머의 발생 및 전파에 대한 새로운 현상의 발견과 다양한 물리적 이해가 시도되고 있다. 본 연구에서는 헬륨 대기압 제트 플라즈마에 포함된 질소 함유량에 따른 다중 스트리머의 발생 및 기작의 이해를 시도하였다. 구동 전압 및 주파수, 헬륨기체의 유량, 전극 구조 및 간격 등 모든 조건이 동일한 상태에서 질소기체의 함유량을 증가시킬수록 특정 영역에서 스트리머의 개수가 증가하는 것을 관찰되었다. 또한 $N_2{^+}$의 방출광 세기가 헬륨 및 산소 원자의 방출광보다 지배적인 것으로 측정되었으며, 이는 헬륨 플라즈마에서 흔히 나타나는 헬륨 metastable에 의한 질소분자의 페닝 이온화(Penning ionization) 때문이다. 본 연구팀은 페닝 이온화($He^*+N_2{\rightarrow}He+N_2{^+}+e$)로 인해 추가적으로 발생하는 전자가 다중 스트리머 발생에 중요한 역할을 하는 것이라 제안한다. 좀 더 심화적인 분석을 하고자 헬륨-질소 플라즈마에서 주된 여러 가지 반응식을 이용하여 페닝 이온화에 의한 이온화율 및 전자의 직접적인 충돌에 의한 질소, 헬륨의 이온화율의 계산을 수행하여 특정 영역에서 헬륨의 이온화율보다 질소 페닝 이온화율이 더 커지는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.205-205
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• 2012

Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) 장치는 국내 유일의 초전도 자석을 이용한 핵융합 연구 장치로서 초고온의 플라즈마를 생성하여 차세대 에너지원인 핵융합 에너지를 획득하는 것을 목표로 두고 있다. 플라즈마를 생성부터 유지하기 위해서는 수소 동위원소를 토카막 내부로 공급해 주어야 하는데 이러한 수소동위원소를 "연료"라 부르며, 이 연료를 토카막 내부로 공급해 주는 시스템을 연료주입 시스템(Fueling System)이라고 한다. KSTAR에서는 토카막 내부로 고속의 연료 주입이 필요하고 정밀한 양의 연료를 공급하는 밸브를 사용하여야 하며, 이러한 밸브를 제어 할 수 있는 제어기를 필요로 한다. 위의 사항에 적합한 피에조 밸브(Piezoelectric Valve)는 2 msec 이내의 개폐시간과 500 Torr ${\ell}$/s 이상의 유량을 흘려줄 수 있는 피에조 밸브로 압전소자에 가해지는 전압(0~250 V)에 따라 변위의 양에 비례하여 연료가 진공용기 내로 유입된다. 압전소자의 변위는 최대 140 ${\mu}m$로 최적화되어 있어야 하며, 정전용량(Capacitance)는 30~40 nF이어야 한다. 또한 소자에 힘(Force)를 가해 최대 7 N으로 136 ${\mu}m$의 변위를 가진 소자를 사용해야 한다. 피에조 밸브의 특성으로는 아날로그 신호로 작동이 되어야 하며, 유량신호를 피드백하여 밸브의 구동 전압을 정밀하게 제어 되어야 한다. 피드백 제어를 위해 압력센서는 XCS-190 Series를 사용하여 낮은 유량에서도 민감하게 반응하도록 제작하였으며, 고전압이 유기 되었을 때 제어기를 보호하기 위한 정션박스를 설치하였다. 밸브 제어기는 피에조 밸브의 개방 속도를 높이기 위해 밸브 구동 전압을 순간적으로 높이는 POP 전압을 생성하는 기능과 유량 신호를 피드백해서 밸브 구동 전압을 정밀 제어 하는 기능을 가지고 있다. 제어장치는 아날로그 및 디지털 제어회로의 전원용 +15 V DC와 밸브 구동용 +250 V DC 출력용의 전원 공급 장치(Power supply unit), 펄스 및 트리거 신호를 생성하는 Master Programmer unit), Pop 전압과 피드백의 중요한 기능을 수행하는 Valve controller unit로 제작 되었다. 피에조 밸브와 제어기는 상호 작용하여 동작을 원활히 할 수 있도록 특성 실험을 진행하여야 하며, 진공상태에서 Lack의 유무를 확인하여야 한다. 현재 개발 제작된 밸브의 진공누설시험 및 특성실험을 진행하고 있으며, KSTAR 5차 캠페인에 적용할 계획이다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.52-59
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• 2004

미립자 플라즈마란 입경이 수[$\mu\textrm{m}$]이하의 거의 일정한 크기를 가진 미립자가 다수로 생성 및 유지되면서, 정 또는 부외 전하를 가지고 기체 플라즈마 중에 부유하는 상태를 말한다. 플라즈마 프로세스에서는 이러한 미립자가 집적회로에 중착되어 막의 열화, 회로 배선의 불량 및 단선 등의 약영향을 끼치는 것으로 인식되고 있으며, 이러한 부분에 대한 억제나 제어에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 유체 모델을 이용한 시뮬레이션으로부터 방전 챔버내의 Ar 플라즈마의 현상을 이해하고, Ar 플리즈마 중에 미립자를 투입하여 그 움직임을 분석하여, 플라즈마 중의 미립자 운동의 핵석 결과로서는, 하부 전극 면위에 비교적 규칙성을 갖는 미립자가 배열하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 약 전리 플라즈마에서는 전지의 이동로가 크기 때문에 미립자의 대전량은 평균 전자 에너지에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.101-101
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• 2011

최근 반도체 및 디스플레이 사업의 급속한 발전으로 인해 반도체 공정은 초미세선폭화, 대면적화 되면서 오염입자를 제어하는 것이 이슈가 되고 있다. 반도체 및 디스플레이의 제조공정 중 챔버 내 진공부품은 진공상태에서 플라즈마에 의해 물리적인 데미지와 화학적으로 매우 활성이 높은 라디칼(Radical)반응에 의한 부식이 진행된다. 이러한 공정영향에 의해 챔버 내 부품들은 부식이 되고 공정 중에 오염입자가 발생하게 되어 반도체 및 디스플레이의 수율저하에 큰 영향을 미치고 부품교체 비용 또한 많이 들고 있다. 본 연구에서는 진공부품의 내전압측정방법을 이용하여 진공부품의 피막특성을 평가하는 연구방법으로서 내전압 지그(Zig)를 표준화하여 제작하였고, 재현성있는 데이터로 피막특성을 정량적으로 측정하는 방법을 연구 하였다. 식각공정 중에 발생하는 부식특성에 관해서는 화학부식와 플라즈마부식 열충격 등 각각 독립적으로 부식환경에 노출시켰으며, 진공부품의 손상 전 후의 내전압 특성변화를 이용하였다. 또한, CCP (Capacitativly Coupled Plasma)형의 RF magnetic sputter을 설계 제작하였고 진공부품에 고밀도 플라즈마를 발생시켜 플라즈마데미지에 의해 발생한 오염입자를 실시간으로 monitoring하여, 정량적으로 측정된 내전압특성결과를 비교 검증하였다.

• 한국진공학회지
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• 제16권6호
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• pp.489-495
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• 2007

KSTAR 토카막은 현재 주장치 조립을 완료하고 "최초 플라즈마" 발생과 시운전을 준비하고 있다. 이를 위해 설치되어 있는 연료주입계는 배기 덕트 반대 쪽 한 곳만 주입구로 사용하기 때문에 균일하고 신속한 입자공급이 어렵다. 시운전이 끝나고 기본운전 단계가 되면 단순한 플라즈마 생성이 아니라 일정한 고밀도 토카막플라즈마 상태를 일정시간 고르게 유지해야 하므로 공간적으로 균일한 입자공급과 플라즈마 밀도 변화에 따른 신속한 제어가 가능한 연료공급계로 개선되어야 한다. 이런 개선점을 찾는 작업의 일환으로 우선 D-형 진공용기 및 플라즈마 컬럼을 사각단면 토러스로 묘사하는 모델을 만들고 연료공급 위치와 플라즈마의 전리율 및 배기확률에 따라 공간적인 입자분포가 어떻게 바뀌는지 몬테카를로 계산을 통해 분석했다.

• 한국산업안전학회:학술대회논문집
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• 한국안전학회 1997년도 추계 학술논문발표회 논문집
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• pp.309-312
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• 1997

최근 자동차의 급격한 증가와 더불어 자동차 배기가스로부터 배출되는 오염물질은 우리의 생존을 위협하고 있다. 또한 소각로에서 온도제어 결함에 의하여 배출되는 다이옥신 같은 휘발성유기물과 질소산화물, 황산화물 같은 유해물질은 세계적인 대기오염의 문제로 이의 적절한 처리방법 및 기술이 요구되어 왔으나 아직은 미흡한 상태이다. 따라서 이 문제의 해결방안으로서 플라즈마 방전에 의한 배기가스 중 유해물질을 제거하기 위한 연구가 여러학자들에 의하여 수행되어왔으나 아직은 실용화되지 못하고있다. 그에 관한 연구로는 DC Corona방전방식, 세라믹 반응기 방식, 연면방전방식(surface discharge induced plasma chemical process, SPCP), 장치변화에 따른 기타의 방식 둥을 들 수 있다. 본 연구에서는 원통형, 코일형 연면방전전극을 이용하여 황산화물 가스를 분해제거하였다. (중략)