• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.445-445
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• 2010

전자빔 플라즈마는 전자 소스 부분, 전자 가속 부분, 전자빔 플라즈마 생성 부분으로 구성되어 있다. Hollow cathode형태의 전극과 anode역할을 하는 안쪽 그리드로 DC방전을 일으켜 전자를 발생시키고 안쪽 그리드와 바깥쪽 그리드 사이의 전압차이로 전자를 가속시킨다. 가속된 전자는 중성 가스와 비탄성 충돌을 하게 되어 플라즈마가 생성이 된다. 이러한 방식으로 생성된 전자빔 플라즈마는 플라즈마 형성 공간에 전기장이 없어 전자가 에너지를 얻을 수 없으며, 중성가스와 비탄성 충돌로 인해 에너지를 쉽게 잃기 때문에 전자 온도가 낮게 유지가 된다. 일반적으로 바깥쪽 그리드는 접지를 시켜 전자빔 플라즈마를 발생시키지만, DC 전원을 연결하여 양의 전압을 걸어주면 전자빔 플라즈마의 밀도는 크게 변하지 않고 전자 온도가 급격히 상승하게 된다. Ar 전자빔 플라즈마의 경우 바깥쪽 그리드가 접지에 연결되었을 경우 전자 온도는 0.5eV 정도인 것에 비해 바깥쪽 그리드에 20V DC전압을 걸어주면 전자 온도가 1eV 정도로 크게 증가를 한다. 그 이유는 바깥쪽 그리드 전압의 영향으로 전자빔 플라즈마 전위가 상승하게 되고 그 결과 높은 에너지를 가진 전자가 플라즈마 전위에 갇히게 되기 때문이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.241-241
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• 1999

본 연구는 상대론적 전자빔(300kV, 20KA, 60ns)과 펄스플라즈마의 발생 및 전파특성에 관한 것으로 세부 내용은 다음과 같다. Sub-Torr로 유지되는 다이오드에서 상대론적 전자빔의 발생이 이루어질 때 전자빔의 펄스너비 및 전류 상승시간을 다이오드 압력을 변인으로 하여 연구하였다. 펄스너비와 압력과의 관계식을 실험적으로 유도하였으며 다이오드 내에서 전자빔과 중성기체와의 충돌에 의한 기체이온화 모델로 설명하였다. 또한 Sub-Torr 도파관에서 상대론적 전자빔의 수송 특성을 연구하였으며 전자빔의 propagation window와 고압에서의 수송효율의 저하 원인을 밝혔다. 그리고 이 영역에서 매우 짧은 펄스 플라즈마의 형태로 형성되는 빔 유도 플라즈마채널의 이온밀도 및 conductivity를 진단하는 새로운 실험적 방법을 확립하였다. 한편 빔 수송효율 증대를 위한 한 방법으로 진공영역에서 지역화된 중성기체를 빔 선두부분에 위치시켜 지역적인 공간전하 중성화를 꾀하는 기법도 시험되었다. 마지막으로 중 출력(1kV, 10kA, 1ms) 규모의 자기플라즈마 동력학 장치를 제작하여 펄스 플라즈마를 발생시키고 그 특성을 조사하였다. 제작된 자기플라즈마 동력학 장치는 현재 기초과학 지원 연구소의 "한빛" 장치에 부착되어 초기 플라즈마 발생용으로 활용되고 있다.로 활용되고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.286-286
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• 2011

현재의 NEDO (New Energy and industrial technology Development Organization) style Si 정련은 두 단계로 구분되어 있다. 고출력 집속 전자빔을 이용한 금속 실리콘의 1차 용융과 대기압 근처의 플라즈마 아크 용해를 이용해서 B, P를 약간의 반응성 가스를 첨가 하여 제거하는 방법이다. 그러나 저가형 실리콘을 생산하려는 취지와 달리 두 가지의 고가 장비가 필요하다. E-beam melting 장치에서도 반응성이 높은 라디칼을 생성할 수 있다면 하나의 장비에서 두 가지의 정련 작업을 진행시킬 수 있다. 본 연구에서는 고진공에서(< 10-4 Torr) 동작하는 E-beam의 성능에 전혀 영향을 주지 않으면서 플라즈마를 용이하게 생성 시킬 수 있는 방법을 개발하고 이를 적용하여 실제 금속 순도 실리콘 내에 존재하는 B, P가 제거되는지 확인하는 것을 연구 내용으로 한다. 본 연구는 MG (Metal Grade) - Si 을 플라즈마 보조 전자빔 정련을 이용하여 정련한 Si 의 불순물 함량의 개선 효과를 조사하는 것이다. MG-Si 의 정련 방법 중에서 고출력 집속 전자빔을 이용하여 휘발성 오염물질을 제거 후, 플라즈마 아크 용해를 이용해서 B 를 제거하는 방법을 접목시켰다. MG-Si 에 DC power 와 전자빔을 집속시켜서 정련을 하면 챔버 내의 잔류 수증기가 플라즈마에 의해 분해되어 O를 생성하고, B와 반응을 하여 BO 형태로 제거가 된다. 방전 전압 700 V 와 전자빔 가속 전압이 4.5 kV, 방출 전류는 11 A, 진공 챔버 내의 압력은 $7.2{\times}10^{-4}$ Torr에서 정련을 진행하여 B를 제거했다.

• 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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.244-244
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• 2011

핵융합장치 내부의 플라즈마 대면재료는 고온의 플라즈마와 직접 대면하므로 수 십 MW/$m^2$에 이르는 큰 열부하에 따른 재료의 물성변화, 즉 고온환경에 따른 재료의 팽윤, 크리프(creep) 변형 그리고 금속이 가역성이나 연성을 잃는 취화현상 등이 중요한 연구주제이다. 고열부하의 인가를 통한 핵융합대면재료의 물성실험은 현재 국내에서는 탄소히터, 열플라즈마 등을 이용하여 이루어지고 있으며 국외에서는 짧은 시간에 큰 열부하를 인가할 수 있는 고출력 전자빔장치가 주요한 열부하실험장치로 활용되고 있다. 본 연구에서는 기초적인 실험이 가능한 고열부하용 전자빔조사장치를 제작하여 대표적인 플라즈마 대면재료인 텅스텐에 60 keV, 30 mA의 전자빔을 조사한 후 고열부하에 따른 텅스텐의 물성변화를 측정하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.1431_1432
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• 2009

본 연구에서는 전자빔에 의해 생성되는 저온 플라즈마의 특성을 시뮬레이션을 통해 알아보았다. 전자빔 소스에서 전자를 생성하여 가속 전압을 인가하여 챔버로 보내고, 챔버 속의 Argon 중성 기체와 전자가 충돌하여 2차 방전을 일으킴으로써 저온 플라즈마가 생성된다. 이 때 중성기체의 압력과 가속전압의 변화에 따라서 플라즈마 밀도와 온도가 변하는데, 어떠한 특성을 가지는지 알아보기 위해 Particle-In-Cell(PIC) 시뮬레이션을 이용하였다. 챔버 내부에서 전자빔과 중성기체에 의한 변화를 관측했고, 이 때 전자빔 소스에서 Negative Acceleration Voltage는 10V~40V, 챔버 내부의 Argon 중성 기체의 압력은 1mTorr~20mTorr 조건하에서 시뮬레이션을 수행하였다. Electron Energy Distribution function (EEDF)을 관찰한 결과, 가속전압이 높을수록 낮은 에너지를 가지는 전자의 수가 증가하여 전자 밀도는 증가하며, 가스 압력이 높을수록 EEDF의 기울기가 커지면서 전자온도는 감소함을 알 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.226.1-226.1
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• 2014

이온빔 소스는 반도체 및 디스플레이 공정에 있어, 표면 에칭 및 증착 등 여러 응용 분야에 활발히 이용되고 있다. 본 연구에 사용된 원형 이온빔 소스는 선형 이온빔 소스의 가장자리에서의 특성 분석을 위해 제작되었으며, 높은 직류전압과 자기장 공간에서 플라즈마를 방전시키고 발생된 이온들을 가속시켜 높은 에너지의 이온빔을 발생시킨다. 이온빔 특성 분석을 위해 전위지연 탐침과 패러데이 탐침을 개발하였다. 전위지연 탐침은 격자판에 전압을 인가하여 선택적으로 이온을 수집하고, 이온의 에너지분포함수를 측정한다. 패러데이 탐침은 이온 수집기와 가드링으로 구성되어 수집기 표면에 일정한 플라즈마 쉬스를 형성하여 정확한 이온전류밀도를 측정한다. 본 연구에서는, 아르곤 기체를 이용하여 기체유량(8~12 sccm) 및 방전전압(1~2 kV)에 따라 방전전류 16~54 mA, 소모전력 16~108 mW의 특성을 보였다. 운전압력은 0.4~0.54 mTorr이며, 이온소스로부터 18 cm 거리에서 이온전류밀도와 이온에너지분포를 측정하였다. 또한, 중공음극선을 이용하여 인위적으로 전자를 이온 소스에서 발생된 플라즈마에 공급하고 이온빔 및 플라즈마의 특성 변화를 위 시스템에서 분석하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
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• pp.2109_2110
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• 2009

대전력 마이크로파 발생장치에서 적당한 두께를 갖는 훤통형 전자빔의 모델을 이용하여 플라즈마에 의한 고유 모델및 전자빔과 전자파의 상호작용의 기본적인 특성에 대하여 해석하는 것을 연구하였으며, 전자빔의 표면에서 일어나는 여러 가지 현상을 연구하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.88.2-88.2
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• 2015

최근 CIGS 박막태양전지에 대한 저가/고효율화에 대한 연구가 심도있게 진행되는 상황에서 태양전지를 구성하고 있는 요소박막에 대한 기능향상 또한 chalcophyrite 구조를 개선하기 위한 실험에 대하여 연구가 많이 진행되고 있다. 전자빔 조사방식은 플라즈마에서 발생되는 이온과 전자 클러스터 중에 전자를 그리드로 선택하여 조사할수 있는 방식으로 가속전압, 인가시간에 따라 샘플에 인가받는 에너지세기의 양을 조절할수 있다. 결정화를 위한 전자빔 조사와 표면구조 개선을 위한 공정조건은 서로 상이한데, CIGS를 구성하는 박막태양전지의 구성박막인 Mo, CIGS, ZnO에 대한 전자빔 조사 변수로서 가속전압을 1.5~5.0 keV로 조사시간은 300 sec이내로 했을때의 각 구성박막의 조성적, 광학적, 전기적, 구조적 특성변화를 관찰하였고, 이에 대한 태양전지 소자로서의 특성을 발표한다. 결론적으로 전자빔 조사는 아주 빠른 시간 이내에 표면을 modify할수 있으며, 가해지는 전자빔의 운동에너지와 매칭이 되는 공정조건 구현 및 탐색을 통해 소결, 결정화까지도 가능한 아주 유용한 방법으로 간주될수 있다.

• 한국재료학회지
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• 제9권9호
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• pp.861-864
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• 1999

다중 음극 전자빔을 이용한 새로운 플라즈마 소스를 설계하고 제작하였다. 대면적의 플라즈마를 발생시키기 위해 다중 음극을 채택하였다. 다중 음극 전자빔 플라즈마 소스(multi-cathode electron beam plasma source, MCEBPS)를 이용하여 300mm 또는 그 이상의 직경을 가진 웨이퍼에 안정한 플라즈마를 생성시킬 수 있었다. 텅스텐 필라멘트를 음극으로 사용하였다. 직경 320mm의 넓이에서, plasma potential $V_p$와 floating potential $V_f$ 모두 균일하게 유지되었고 $V_p와 V_f$의 차이도 낮은 값으로 나타났다. 플라즈마 밀도는 약 $10^{10} cm^{-3}$ 정도로 측정되었고 반경걸에 따른 편차는 작게 나타났다.