질문 ::

안녕하세요.
이곳에와서 plasma에 대하여 많은 공부를 하고 있습니다.
궁금한것이 몇가지 있어 질문드립니다.

1.icp type에서 coil의 turn수는 무엇으로 결정하는지요?
2.유전체관내에 형성되는 plasma 반지름(r)?은 인가되는 power로
  결정하나요?아니면 다른factor가 있는지요.

답변 ::

ICP에서 안테나 코일의 turn수는 모델에 의해서 다음과 같이 표시될 수는 있습니다. 하지만 매우 개략적인 사항이며 실제 상황에서는 많는 변수에 의해 결정됩니다. (다음 내용은 Lieberman이 쓴 principles of plasma discharges and materials processing 12장에 있는 내용입니다.)

ICP에서 발생되는 플라즈마와 coupling된 안테나에서의 인덕턴스값은 안테나의 감은횟수의 제곱에 비례하게 되며 반응기 반경과 안테나 반경등의 형태에 따른 변수가 포함된 함수입니다. 플라즈마에 전달되는 power는 안테나와 플라즈마가 coupling된 값의 직렬저항 값과 안테나에 흐르는 전류의 제곱에 비례하게 되는데 여기서 저항값에도 안테나의 감은수의 제곱에 비례합니다. 식으로 쓰면 L~N^2 과 P=1/2 I ^2 *R이며  R~N^2입니다. 따라서 일정한 입력 전력을 갖고자 할 때 요구되는 안테나에 흐르는 전류는 I~ 1/ sqrt(R) = 1/N 의 관계를 알 수 있습니다. 또한 이때 필요한 rf 전위 V~I*Z이며 여기서 Z=L+jR ~N^2 이므로 V~N의 관계를 갖게 됩니다. 따라서 감은 횟수가 많으면 입력전력도 크게 되고 좋을 것 같지만 안테나 감은 횟수가 증가하게 되면 안테나와 접한 유전체 앞에서 형성되는 쉬스의 크기, s~N^3의 관계가 있어 쉬스의 크기가 커지게 되고. 쉬스가 커진다는 의미는 높은 쉬스 전위를 갖아 쉬스에서 가속되는 이온의 에너지가 커진다는 의미이기도 합니다. 따라서 플라즈마내의 이온이 높은 에너지를 갖고 벽과 충돌하겠고 이는 플라즈마 입장에서 보면 에너지를 잃는 일입니다. 따라서 플라즈마의 발생 효율이 줄게 되는 결과를 가져 옵니다. 결론은 안테나 turn수를 되도록이면 적게 감으려 노력하게 되는 이유입니다. 자세한 내용은 위의 교재를 참고하기 바랍니다.

플라즈마의 volume에 대해서 질문을 했는데, 반응기 내에서 발생한 플라즈마는 외부에 자기장이 인가되지 않은 경우에는 플라즈마는 ambipolar diffusion의 특성에 따라 확산됨으로 반응기의 반경이 플라즈마 반경으로 생각할 수 있습니다. 이는 외부 안테나 turn수와는 관계가 없습니다.