• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.113-113
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• 2012

플라즈마 내에서 발생하는 입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특성으로 인해 응집이 적고 균일한 특성을 가진다. 이에 따라 도포성이 좋으며 낮은 응력을 가지는 박막의 형성이 가능하다. 이러한 특성을 가지는 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있다. 특히, PECVD (Plasma enhanced chemical vapor deposition) 공정 중 플라즈마가 켜져있는 동안 수소 가스를 펄스형태로 추가 주입하는 방법은 실리콘 이온 사이의 결합을 통한 표면 성장을 일부 방해하여 이를 통해 최종적으로 생성되는 실리콘 입자의 크기제어를 가능하게 한다. 이러한 과정으로 PECVD내에서 생성된 입자의 입경 분포는 기존의 경우 공정 중 포집을 한 후 전자현미경을 이용하였지만 실시간 측정이 불가능한 한계가 있었고, 레이저를 이용한 실시간 측정은 그 측정범위의 한계로 인해 적용에 어려움이 있었다. 이에 따라 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 크기분포 측정이 가능한 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 PECVD 내에서 수소가스 펄스를 이용하여 발생되는 실리콘 입자를 공정 변수별로 측정하여 각 변수에 따른 입자 생성 경향을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD 장치 내부에 연결하여 진행하였다. 수소 가스 펄스를 이용한 실리콘 입자 생성의 주요 변수는 RF pulse, $H_2$ pulse, 가스 유량 (Ar, $SiH_4$, $H_2$), Plasma power, 공정 압력 등이 있다. 이와 같이 주어진 변수들의 제어를 통해 생성된 나노입자의 입경분포를 PBMS에서 실시간으로 측정하고, 동일한 조건에서 포집한 입자를 TEM 분석 결과와 비교하였다. 측정 결과 각각의 변수에 대하여 생성되는 입자의 크기분포 경향을 얻을 수 있었으며, 이는 추후 생성 입자의 응용 분야에 적합한 크기 분포 특성을 가지는 실리콘 입자를 제조하기 위한 조건을 정립하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.122-122
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• 2014

수중방전을 환경분야에 적용하기 위한 플라즈마 부상법이 개발되었다. 플라즈마 부상법은 물 속에서 발생시킨 플라즈마가 가지고 있는 주요특성 중 물리적 특징인 쇼크웨이브, UV조사, 버블생성 등과 화학적 특징인 OH라디칼 및 염소산화물 생성 등을 이용하여 물 속에 존재하는 용존성 및 입자성 물질을 부상분리 기법으로 제거하는 공법이다. 유기물을 제거하는 기작으로는 침전, 여과, 분해 등이 있고, 이를 구현하기 위한 공정으로 중력침강법, 부상분리법, 멤브레인법, 미생물법 등이 있다. 이 중에서 가압공기부상법은 침강법에 비해 부지면적을 적게 소모하고 처리시간이 50% 이상 감소되는 특징이 있다. 가압공기부상법은 물 속에 공기를 과포화시킨 후 노즐을 통해 재분사할 때 발생하는 압력차에 의해 미세기포가 발생함을 이용하여 유기물을 분리하는 공법이다. 그러나, 가압용 장비 및 반송수가 필요하고, 미생물분리는 불가능한 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 미생물살균과 유기물 분리가 동시에 일어나는 플라즈마를 이용한 부상분리기법을 개발하였다. 본 연구에서는 난분해성 용존유기물인 휴믹산 100 mg/L의 플라즈마 공기부상법에 의한 제거능을 확인하였다. 용존성 휴믹산을 입자성 물질로 전환하여 플록을 형성시키고자 알루미늄설페이트(Al2(SO4) $3{\cdot}18H2O$)를 100 mg/L 주입하였고, 침출수와 같이 염도가 높은 물을 모사하고자 35 g/L의 염화나트륨을 첨가한 상태에서 방전을 실시하였다. 방전에 사용된 전원은 EESYS사에서 제작한 펄스형 고전압 전원장치를 사용하였고 최대 15 kW의 출력 중 6 kW의 전력을 인가하였다. 전극 한 개는 2 mm 텅스텐봉을 세라믹튜브로 감싼 구조로 총 사용전극은 28개이다. 전극 한 개당 대략 200 Watt의 전력이 소모되며 이 때 최대의 버블이 생성됨을 확인하였다. 전극 1개에서 생성되는 버블의 부피는 14 mL/min 로 측정되었다. 버블의 크기는 평균 70 um이고 가압공기부상법에서 최적공기크기로 제시하고 있는 40~80 um 의 버블은 약 80% 가량 생성된다. 본 연구에서 사용된 반응시스템에서의 물의 높이는 약 500 mm 이고 전체 40 L의 수조가 3개의 벽으로 분리되어 4개의 수조로 분리되었다. 각 수조는 하부에 7개의 전극을 포함하고 있다. 플라즈마 발생시 생성되는 기포는 약 1분 방전 후에 포화농도에 도달하며 방전종료 후 약 4분간 수체 내에 남아있게 된다. 이를 공정에 적용하여 1분 방전 및 4분 휴지의 순서로 플라즈마를 인가하였다. 휴믹산 용액의 유량을 2 lpm 으로 운전하였을 때 최종 처리율은 94% 이고 이때의 대장균 살균능은 99%이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.233-233
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• 2012

나노입자가 가지는 고유한 특성이 부각되면서 이를 소자 특성 향상에 응용하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 박막에 포함된 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 나노입자에 기반 하는 소자 제조에 관한 연구가 이루어지면서 플라즈마 내 발생하는 나노입자를 이용하여 패터닝 등에 적용하고자 하는 연구가 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 특히 플라즈마에서 발생하는 나노입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특징으로 인해 다른 입자 제조 공정과 달리 응집이 없는 균일한 입자를 제조할 수 있다. 이러한 플라즈마 내 발생 입자를 응용하기 위해서는 각각의 응용 분야에 적합한 입경 분포 제어가 요구된다. 하지만 입자 합성 시 크기분포 특성에 관한 연구는 기존의 포집 및 전자현미경을 이용한 방법으로 실시간으로 분석하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)의 입자 생성 조건에 따라 continuous, pulse, dual pulse로 분류되는 공정 조건에서 생성되는 입자의 크기 분포를 측정하였다. 또한 그 결과를 기존의 동일한 조건에서 포집 후 SMPS (scanning mobility particle sizer)와 전자 현미경을 이용하여 분석한 결과와 비교하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD 장치 내부에 연결하여 진행하였다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정 압력 등이 있으며 각 변수를 조절하여 공정 환경을 구성하였다. 결론적으로 본 연구를 통하여 PECVD를 이용해 각각의 공정 환경에서 생성되는 실리콘 나노입자의 실시간 입경 분포 분석을 PBMS로 수행하는 것에 신뢰성이 있음을 알 수 있었으며, 그 경향을 확인할 수 있었다. 추후 지속적 연구에 의해 변수에 따른 나노입자 생성을 데이터베이스화 하여 요구되는 응용분야에 적합한 특성을 가지는 나노입자를 형성하는 조건을 정립 하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• Journal of Soil and Groundwater Environment
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• v.12 no.3
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• pp.29-35
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• 2007

Titanium was oxidized with oxygen plasma and calcinated with rapid thermal annealing for degradation of humic acid dissolved in water. Titania photocatalytic plate was produced by titanium surface oxidized with oxygen plasma by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD). RF-power and deposition condition is controlled under 100 W, 150 W, 300 W and 500 W. Treatment time was controlled by 5 min and 10 min. The film properties were evaluated by the X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and X-Ray Diffraction (XRD). From the experimental results, we found the optimal condition of titania film which exhibited good performance. Moreover photocatalytic capacity was about twice better than thermal spray titania film, and also as good as titania powder.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.410-410
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• 2010

한TFT-LCD, Solar cell, 반도체 등에 사용되는 Si 박막은 주로 PECVD로 형성한다. 이 때 사용되는 원료 가스로 $SiH_4$가 있으며 대개 $H_2$로 희석해서 사용한다. 저온 증착의 경우 전자 충돌 해리과정을 이용하여 증착이 이루어지며 이 때 중간 생성물로 $SiH_3$, $SiH_2$와 고차유도체($Si_xH_y$)가 생성된다. 고밀도 플라즈마를 이용하는 경우에는 이들의 이온(양, 음)의 비율도 막질 형성에 중요한 요소가 된다. 본 발표에서는 안테나가 외부 및 내부에 있는 경우에 대해서 모델링하였으며 해리된 유도체의 비율은 $SiH_3$ > $SiH_2$의 순서였고 가스 조성비(수소 희석비), U-type 내장형 안테나와 기판 사이의 거리, 챔버 내의 펌핑 포트의 위치 등에 의한 차이가 플라즈마 온도 및 밀도의 균일도에 미치는 영향을 분석하였다. 수치 모델상의 가장 중요한 변수의 하나인 이온, 라디칼의 표면 재결합 상수는 문헌에서 보고된 값을 구하기 어려운 경우에는 가장 실제와 근접한 경향이 나타나는 값을 사용하였다. 이 부분은 분자 동력학 등의 기법을 이용하여 보다 상세한 데이터를 만들어 낼 수 있는 방법의 적용이 필요하다. 기본적인 $SiH_4$의 화학 반응식은 이원기[1]등의 데이터를 이용하였다. 계산 결과 중의 특이한 점의 하나는 고차 유도체인 $Si_2H_4$의 경우 중성보다 오히려 양이온의 밀도가 1 order이상 높았다. 내장형 Y-type 안테나의 경우 전력 흡수 밀도가 $10^7\;W/m^3$ 수준으로 높은 영역이 안테나 주변으로 나타났으며 안테나와 기판 사이의 거리와 압력에 따라서 기판에서의 균일도가 결정 되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.226-226
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• 2011

소형 대기압 플라즈마 소스는 그 형태에 따라 DBD (Dielectric Barrier Discharge)나 Plasma Needle, 혹은 Plasma Jet 등으로 구별되며, 구동 파형의 특성에 따라 DC, RF (Radio Frequency), 혹은 Pulsed 방식 등으로 나뉜다. 또한 코로나 방전도 소형 대기압 플라즈마 장치에서 사용된다. DBD는 1857년 Siemens에 의해 최초로 보고 되었고 산업 분야에서 대규모로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 대향 방전 DBD 대신 유전체 양쪽 면에 전극이 도포된 면방전 형태의 DBD 구조 내부로 He 가스가 흐를 때의 방전에 대한 광학적 진단을 수행하였다. 전극간의 거리와 가스 유속의 변화에 따라 방전 특성이 어떻게 달라지에 대해서 Optical Emission Spectroscopy (OES)를 통하여 생성되는 radical 종의 변화를 측정하고 ICCD (intensified charge coupled device) image를 통해 방전이 시간에 따라 어떻게 진행되는지를 진단하였다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.20 no.4
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• pp.258-265
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• 2011

A zero-dimensional global model simulator for atmospheric pressure oxygen plasmas has been developed. The simulation model considers the configurations similar to that of plasma needle device. The simulation results show that those species of O, $O_3$, $O_2*$ and ${O_2}^+$ have the highest density in sequence. Electrons dissipate most of their energy through the collisions with oxygen molecules. If the input power increases, the density of most species also increases as much as three-boy collision for the creation of ozone is weakened and hence the density of ozone decreases. The body to volume ratio also affects the plasma density.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.237-237
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• 2011

다가 이온원 제조를 위한 ECR 이온원 제작과 더불어 이를 효과적으로 운전 제어할 수 있는 방안을 만들어야 한다. 이 운전 제어 방안은 두 가지 기능을 만족할 수 있도록 구성해야 하는데, 초기 실험실에서 ECR 이온원의 성능 검증을 하기에 유리하도록 알고리즘이나 시퀀스를 보다 용이하게 변경할 수 있도록 만들고 이후 확정된 알고리즘과 시퀀스를 이용하여 이온원의 안전을 보장하면서 최소한의 운전자만으로도 운전 가능하도록 구성해야 한다. 이를 구현하기 위해서 ECR 이온원 운전 제어와 관계된 모든 부대 장치들을 EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System)로 운전하고 제어할 수 있도록 통합하면서 알고리즘의 복잡함으로 인해 발생할 수 있는 불확실성을 줄이기 위해 부대 장치를 구성하는 개별 장치 단위로 알고리즘을 만들어 EPICS database로 구현하고 운전 및 장치 보호를 위해 필요한 시퀀스는 EPICS sequencer를 이용하여 구현하였다. 현재까지 ECR 플라즈마 생성, 빔인출 그리고 입자 진단을 위해 사용된 전원 장치들을 운전 제어하기 위해 구현된 내용을 소개하고 이를 바탕으로 개별 장치에 확대하여 적용할 수 있는 방안에 대하여 연구하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.218-218
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• 2016

실린더 형태의 유전체 관에 나선형으로 도전체 안테나를 설치하는 타입의 유도 결합 플라즈마원은 간단한 구조로 화학 조성 분석용부터 나노 분말 제조, 반도체용 식각/증착, 표면 처리, 자동차 및 일반 산업 부품용 증착 보조원등으로 널리 사용되고 있다. 고밀도 라디칼/이온의 공급을 위해서 투입 전력을 증가시키는 경우 높은 전력 밀도로 인해서 유전체 관에 인가되는 열응력이 대기압 및 관 고정용 구조물에 의한 구조 응력에 더해져서 파손에 이르는 경우가 발생될 수 있다. 실제 실린더 길이 전체를 안테나 코일로 감는 경우에도 플라즈마 발생 밀도가 높은 지역은 중심 일부 영역에 국한 되는 공정 영역도 있어서 이에 대한 분석이 필요하다. CFD-ACE+를 이용하여 플라즈마의 생성, 냉각수의 열전도, 외부 공냉식 팬의 역할등에 대해서 수치 모델을 작성하여 검토하였다. 나선형 냉각코일의 경우 냉각수량을 일정값 이상으로 증가시키는 경우 유속이 지나치게 빨라져서 열원이 있는 내경쪽 표면에서 열전도가 유속에 비례해서 증가하지 못하는 단점이 발생할 수 있으며 냉각팬의 경우 일반적으로 장치 내부에 대해서만 모델링을 하는 데 실제로 전체 시스템의 주변에서 공기의 흐름을 넓게 해석해야 실제 냉각 효과를 파악할 수 있다. 심한 경우 냉각용 공기 흡입구와 토출구의 간격이 좁아서 열원에 의해서 가열된 공기의 상당량이 다시 냉각용 공기 흡입구로 재순환 되는 경우도 발생하기 쉽다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.9 no.3
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• pp.290-295
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• 2000

In order to utilize as a pre-ionization means for reproducible ohmic plasma on KAIST-TOKAMAK, a simple, safe, economical and continuous microwave source has been developed using a home kitchen micro-wave oven. The magnetron used in the study can provide 500 W of power at 2.45 GHz. A conventional magnetron in a home kitchen microwave oven generates microwave for 8 ms at every 16 ms periodically due to the periodic (60 Hz) high voltage applied to the magnetron cathode. In order to generate continuous microwave which is suitable for tokamak pre-ionization, the magnetron operation circuit has been modified using a DC high voltage (5 kV, 1 A) power supply. It provides high-voltage with small ripple for magnetron cathode bias. Using the developed magnetron system, electron cyclotron resonace heated (ECH) plasmas were produced and the characteristics of the system were studied by diagnosing the ECH plasma using Langmuir probe and $H_{\alpha}$ emission diagnostics.