• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.441-441
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• 2010

Hyperthermal neutral beam (HNB)은 박막 성장에 필요한 에너지와 반응 입자들을 동시에 공급할 수 있기 때문에 특히, 저온에서 박막을 성장시킬 때 매우 유용하다. 이와 같은 목적으로 race track 형태의 자기장 구조를 갖고 있는 2.45 GHz electron cyclotron resonance (ECR) plasma를 이용한 HNB 소스를 개발하였다. HNB 소스에서 인출되는 입자들은 중성 입자 뿐만 아니라 이온이나 전자와 같은 하전 입자들로 구성되어 있다. 그러나 양질의 HNB를 얻기 위해서는 하전 입자들의 구성 비율을 최소화해야 한다. HNB 소스는 하전 입자의 구성 비율을 1 % ($1{\mu}A/cm^2$) 이하가 되도록 설계되었다. 이것을 위해서 영구 자석의 자기장을 이용한 plasma limiter를 설계하였다. 대부분의 전자는 limiter 앞에 형성된 자기장의 구조와 반응하여 주로 gradient B drift와 curvature drift를 통하여 차단되고, 이온은 로렌츠 힘을 받아 빔 축으로 부터 벗어나도록 하였다. Limiter의 특성을 연구하기 위해서 정전탐침을 limiter에서 빔 축 방향으로 이동시키면서 I-V 곡선과 이온 포화 전류 및 전자 포화 전류를 측정하였다. 측정 결과를 바탕으로 plasma limiter의 성능을 검증하였고 문제점을 논의하였다.

• 한국반도체및디스플레이장비학회:학술대회논문집
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• 한국반도체및디스플레이장비학회 2003년도 춘계학술대회 발표 논문집
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• pp.116-119
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• 2003

본 연구에서는 LCD 공정에 사용되는 ball spacer를 전해 연마(Electro-Polishing, EP) 처리된 스테인리스(stainless)관 내부에서 마찰대전으로 하전시켜 하전량을 측정하는 하전 메커니즘과 하전 특성을 관찰하였다. Ball spacer의 농도를 일정하게 하고, 유입하는 공기의 유량을 201pm, 301pm으로 변화시키면서 실험하였다. 유입되는 공기의 유량은 일정하게 하여 ball spacer의 농도를 분진공급장치(dust feeder)를 통해 변화시키면서 하전수를 측정하였다. 이 때 측정결과는 EP 처리된 스테인리스관에 유입되는 공기의 유량이 증가했을 때, 하전이 더 많이 되는 것을 보여주었다. 또한 일정한 공기의 유량에서 주입되는 ball spacer의 농도가 증가했을 때 입자당 하전수가 증가하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.304-304
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• 2011

열필라멘트 화학 기상 증착 공정(HWCVD, hot wire chemical deposition)은 낮은 기판 온도에서 다결정 실리콘 박막을 빠른 속도로 증착할 수 있는 방법이다. 이는 후처리가 없어도 전기적 특성이 우수한 박막을 저온에서 얻을 수 있기 때문에 녹는점이 낮은 기판에 증착을 할 수 있으며 공정비용 절감 효과가 있다. 이러한 박막 증착 공정 중 기상 핵생성에 의해 나노 입자가 생성되며, 새로운 관점에서는 그 농도와 크기가 박막 성장에 중요한 변수로 작용한다. 따라서 공정조건의 변화에 따라 생성되는 나노 입자의 크기 분포를 실시간으로 분석하여 박막 형성의 최적 조건을 찾는 연구가 필요하다. 하지만 이러한 입자 발생 특성에 관한 연구는 기존에 밝혀진 반응 메커니즘으로 인해 수치해석적 연구는 체계적으로 진행되었으나 실험적 연구의 경우 적합한 측정장비의 부재로 인해 제한이 있었다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 열필라멘트 화학 기상 증착 공정 중 발생하는 입자의 존재를 확인하고 특성을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 HWCVD 배기 라인에 연결하여 진행하였으며 반응기 내 샘플링 위치, 필라멘트 온도, 챔버 압력, 작동기체의 비율을 변수로 하여 진행하였다. 그 결과 실리콘 나노 입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인 하였고, 측정 조건에 따라 일부 단일 극성으로 존재하였다. 한편, 필라멘트 온도가 증가할수록 하전된 나노입자의 최빈값은 감소하였다. 또한 반응 가스인 SiH4 농도가 증가할수록 최빈값은 농도에 비례하여 증가하였다. 이런 결과는 기존 HWCVD 실험에서 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 분석한 실리콘 나노 입자의 크기 분포 결과와 경향이 일치함을 확인하였다. 본 연구를 통하여 확인된 하전된 나노 입자의 존재를 실험적으로 확인하였으며 추후 지속적 연구에 의해 이러한 하전된 나노 입자가 박막 형성에 기여 하는 것을 규명하고 박막 형성 조건을 최적화하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• 대한방사선방어학회:학술대회논문집
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• 대한방사선방어학회 2011년도 추계 학술발표회 및 심포지엄
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• pp.284-285
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• 2011

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.217.1-217.1
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• 2014

반도체 및 디스플레이 산업은 많은 공정들에서 저온 플라즈마 반응을 이용한다. 특히 소자 제작을 위한 실리콘 박막의 증착은 저온 플라즈마 공정의 주요 공정이다. 하지만 실리콘 박막을 합성하는데 있어서 저온 플라즈마에서 형성되는 실리콘 나노 입자는, 오염입자로써 박막의 특성을 악화시켜 소자생산 수율을 악화시키는 주요 원인이 되고 있다. 따라서 플라즈마에서 입자 형성의 원인이 되는 화학반응 및 입자들의 성장 매커니즘에 대한 연구는, 1980년대 플라즈마 공정에서 입자 합성이 보고된 이래 공정의 최적화를 위해 꾸준히 연구되어왔다. 이러한 매커니즘의 연구들은, 플라즈마 화학반응에 의해 실리콘 입자 핵을 만들어 내는 과정과 입자들이 충돌에 의해 성장해가는 과정으로 나눠진다. 플라즈마 화학 반응 과정은 아레니우스 방정식에 의해 정의된 반응계수를 이용하여 플라즈마 내 전자와 이온, 중성 화학종들이 전자 온도와 전자 밀도, 챔버 온도 등에 의해 결정되는 현상을 모사한다. 또한 이 과정에서 실리콘을 포함하는 화학종들의 반응에 의해 핵이 생성 되가는 양상을 모사한다. 생성된 핵은 충돌에 의해 입자가 성장해 가는 과정의 가장 작은 입자로써 이용된다. 입자들이 성장해가는 과정은 입자들이 서로 충돌하면서 다양한 입경의 입자로 분화되어가는 현상을 모사한다. 이 과정에 의해 다양한 입경분포로 분화된 입자들은 플라즈마 내 전자에 의해 하전되며, 이러한 하전 양상은 입경에 따라 다른 분포를 보인다. 본 연구에서는 입자의 하전 분포를 고려하여, 입자들의 성장의 주요 원인인 입자간의 충돌을 대표하는 충돌주파수를 수정하는 방식을 채택하여 보다 정밀한 입자 성장 양상을 모델링하였다. Inductively coupled plasma (ICP) 타입의 저온 플라즈마 반응기에서 합성된 입자들을 Particle Beam Mass Spectrometer (PBMS)와 Scanning Electron Microscope (SEM)를 이용하여 입경분포를 측정한 데이터와 모델링에 의해 계산된 결과를 비교하여 본 모델의 유효성을 검증하였다. 검증을 위해 100~300 mtorr의 챔버 압력 조건과 100~350 W의 입력 전력 조건들을 달리하며 측정한 결과와 계산한 데이터를 조건별로 비교하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.495-495
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• 2012

플라즈마 내에서 수직으로 인가된 전자계에서의 전자와 이온을 포함한 하전 입자들의 이동현상은 이미 널리 알려져 있다. 그러나 음이온이 존재하는 플라즈마에서의 하전입자들의 운동은 복잡하고 아직 충분히 해석되지 못하였다. 따라서 전기장 E와 자기장 B가 서로 수직으로 인가된 플라즈마 내에서 음이온을 포함한 하전 입자들의 운동에 대한 해석이 필요하다. 본 논문에서는 플라즈마 공정에서 발생된 음이온의 운동을 이해하기 위해 E B 드리프트 운동을 이론적으로 계산하였다. 결과적으로 음이온의 $E{\times}B$ 드리프트 운동은 전자나 이온과는 반대 방향으로 이동을 하였고, 드리프트 속도는 홀 파라미터의 값에 따라 달라짐을 보였다. 따라서 서로 수직으로 인가된 전자기장에 의한 $E{\times}B$ 드리프트 운동을 통해 플라즈마의 방전 공간에서 음이온을 제어할 수 있음을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권4호
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• pp.423-428
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• 2010

반도체 공정에서 배출되는 미세입자를 포집하기 위하여 전기집진장치가 적용되고 있으나, 배출가스 내 포함된 강부식성 오염원에 의한 전기집진장치 내부 오염 및 부식 문제가 심각하여, 이를 해결하기 위한 방안이 절실하다. 본 연구에서는 탄소섬유로 이루어진 하전부와 PET 필름 사이에 금속 박막이 삽입된 집진부로 이루어진 내부식 전기집진장치를 개발하여, 하전부 및 집진부 인가전압, 처리유량, 하전부 채널 수 등의 운전 조건에 따른 전기집진기의 초미세입자 집진 성능을 평가하였다. 평균입경이 100 nm인 KCl 입자를 시험입자로 사용하였으며, 전기집진기 전/후단 입자 농도 변화를 측정하기 위하여 SMPS를 사용하였다. 본 연구에서 개발된 9채널 하전부와 65 mm 집진부로 구성된 전기집진기의 성능평가 결과, $500\;m^3/hr$ 유량조건에서 하전부 및 집진부에 7 kV와 10 kV를 각각 인가하였을 때, 300 nm입자에 대한 포집효율이 90% 이상으로 높게 나타났다.

• 자원리싸이클링
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• 제11권3호
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• pp.37-45
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• 2002

마찰대전 분리는 서로 상이한 두 물체를 마찰시켜 각자 반대극성으로 하전시킨 후 전기장에 통과시켜 분리하는 기술이며, 이때자 물질의 하전극성은 work function에 의해 각기 다른 극성으로 하전된다. 본 연구에서는 마찰대전을 이용한 정전분리에 기본이 되는 각종 플라스틱의 work function을 알아보는 데 중점을 두었으며 마찰대전 후 하전량에 따른 분리 효율을 도출하여 최적의 운전조건을 위한 하전특성을 알아보았다. 플라스틱 시료는 2가지의 샘플을 가지고 실험하였으며. 이를 각기 다른 재질의 드럼형 마찰하전장치를 이용하여 대전을 시켰다. 또한 Faraday Cage를 이용하여 하전량을 측정한 후 work function을 도출하였다. 하전된 입자는 $\pm$20 kV의 전장에 통과시켜 분리실험을 수행하고 이를 통해서 하전량과 분리효율간의 상관관계를 도출하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.283.2-283.2
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• 2014

열필라멘트 화학증착공정(Hot Wire Chemical Vapor Deposition)에서 기상 에서 생성되는 하전된 실리콘 나노입자와 저온결정성 실리콘박막 증착의 연관성을 압력의 변화에 따른 상호비교를 통해 조사하였다. 필라멘트 온도는 $1800^{\circ}C$로 고정시키고 0.3~2 torr의 범위에서 공정 압력을 변화시키면서 증착하였다. 압력이 증가함에 따라 증착된 실리콘 박막의 결정화도는 증가하였으며, 증착속도는 감소하였다. 반응기 압력에 따른 기상에서 생성되는 나노입자의 크기분포의 변화를 조사하기 위하여 탄소막이 코팅된 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy) 그리드 위에 실리콘 나노입자를 포획하고 관찰하였다. 포획된 실리콘 나노입자의 크기분포와 개수농도는 압력이 증가함에 따라 감소하였다. 투과전자현미경을 이용하여 분석한 결과, 나노입자는 결정성 구조를 보였다. 압력이 증가함에 따라 나노입자의 크기가 감소하고 개수농도가 감소하는 것은 증착속도의 감소와 관련됨을 알 수 있다. 한편, 공정압력 증가에 따른 나노입자의 크기분포 및 개수농도 감소와 증착속도의 감소는 일반적으로 알려진 기상에서 석출하는 고상의 평형석출량(equilibrium amount of precipitation)이 압력의 증가함에 따라 증가한다는 사실과 일치하지 않는다. 이러한 압력경향성은 Si-H 시스템이 0.3~2 torr의 압력 영역에서 retrograde solubility를 갖는 것을 의미한다. 나노입자의 하전여부, 크기분포 및 개수농도를 측정하기 위하여 입자빔질량분석장비(Particle Beam Mass Spectroscopy)를 이용하였다. 그 결과, 실리콘 나노입자는 양 또는 음의 극성을 가진 하전된 상태임을 확인하였고, 투과전자현미경(TEM) grid에 포획한 실리콘 나노입자의 크기와 경향성이 일치하였다. 이는 나노입자가 저온의 기판에서 핵생성되어 성장하여 생성된 것이 아니라 열필라멘트 주위의 고온영역에서 생성된 것을 의미한다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2005년도 봄 학술발표회지 제14권(제1호)
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• pp.375-376
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• 2005

본 연구에서는 폐전선 피복플라스틱의 재활용을 위해 마찰하전형 정전선별법을 이용하여 PVC와 rubber의 재질분리 실험을 수행하였다. 하전물질의 종류에 따른 실험결과 PVC와 Rubber의 중간 일함수 값을 갖고 있는 PP 재질이 가장 효과적이었으며, 단일 시료보다PVC와 Rubber의 혼합조건에서 더 높은 하전 값을 나타내었다. 하전특성 실험결과 공기량은 10.28wt/s 이상 그리고 상대습도는 40% 이하의 조건에서 입자의 높은 하전량을 얻을 수 있음을 확인하였다. 분리특성 실험결과 전압세기가 25kv 이상 그리고 분리대의 위치는 전기장의 중앙(0)으로부터 Negative 전극으로 -lcm 이동한 지점으로, 이때 PVC의 품위와 회수율을 각각 99.5%와 95%인 결과를 얻었다.