질문 ::

저는 회사에서 플라즈마 장비를 다루고 있습니다.
몇가지 궁금한 점이 있어 글을 씁니다.
우선 플라즈마 밀도에 관해 알고 싶습니다. 플라즈마 밀도 판단의 기준은 무엇이고 어떻게 측정하는지 알고 싶습니다. 그리고 또 한 가지는
장비의 운용에 있어서 플라즈마의 밀도를 어떻게 조절할 수 있나요?
일반적으로 전류, 전압을 가지고 조절할 수 있을것 같은데 어느쪽이  큰 인자인지도 궁금합니다

답변 ::

플라즈마 밀도는 단위 부피내의 이온화된 플라즈마 입자의 수를
의미하고 일반적으로 플라즈마의 이온이나 전자의 수가 cm^3내에
몇개나 있는 가를 뜻하게 됩니다. 플라즈마는 준 중성상태를 유지하고
있음으로 전자의 수나 이온의 수는 거의 같은 수를 갖습니다.
이런 플라즈마 밀도는 정전 탐침, Langmuir 탐침 범으로 쉽게 측정할
수 있습니다. 이는 도체 탐침을 플라즈마 반응기 내에 넣고 탐침에
플라즈마 전위에 대해 음 전위와 양전위를 인가하게 되면 아주 낮은
음전위에서는 양이온이 탐침을 통해 흐르게 되고 탐침의 인가 전위가
점점 플라즈마 전위에 가까이 가면서 플라즈마 내의 전자 전류가
탐침을 통해 흐르게 됩니다. 점차 증가하는 전류는 플라즈마 내의
전자에 열적 평형상태에 따라 그 기울기를 달리 함으로 그 기울기로
부터 전자의 온도를 측정할 수도 있습니다. 플라즈마 전위 이상의
인가 전위에서는 탐침에 전자 전류가 흐르게 되고 플라즈마 전위에서의
전자 전류를 포화 전자 전류라 하고 이로 부터 플라즈마 밀도를 계산하게 됩니다.
탐침의 예에서 알 수 있듯이 반응기 내의 전극에도 플라즈마 전류가 흐르게 되고
이 크기는 전자의 온도, 플라즈마 밀도( 즉 이온의 밀도 혹은 전자의 밀도)에 비례하게 됩니다. 플라즈마 밀도는 플라즈마의 발생과정에
밀접하게 관여되는데 이 현상은 일단 DC 플라즈마가 어떻게 형성되는가 하는 점과 Paschen's curve를 이해하면 쉽게 답을 찾을 수 있을 것 입니다. 이 같은 내용은 일반적인 플라즈마 관련 책에서 답을 찾을 수
있을 것이며 옆의 난에 있는 플라즈마 강의록의 기초 플라즈마 편을
보시고 이해하시기 바랍니다. 아울러 플라즈마의 특성에 관해서는
여러번 설명을 드렸으니 본란을 참고하시기 바랍니다.
따라서 플라즈마 밀도의 변화는 입력 전력, 운전 압력에 따라 크게 변하게 됨을 염두에 두시고 제반 현상을 관찰해 보시기 바랍니다.