질문 :
안녕하세요..
항상 좋은 정보를 얻어가고 있는 대학원생입니다.
교수님이 추천해주셨던
David.N. Ruzic 이 쓴 책
"Electric probes for Low temperature plasmas"
에 보면... Plasma potential의 결정방법(pp62)에서
Plasma potential값이 음수값이 나옵니다.
벌크 플라즈마에서 빠져나간 전자에 의해 플라즈마는 chamber wall에 비해 상대적으로 전기적 positive한 상태를 갖게 될텐데 chamber wall이 접지가 된상태라면 절대 음수가 나올수 없을것 같습니다.
저희 실험실은 TCP를 사용하고 있습니다. 자체 제작한 Langmuir probe로 진단을 해봤지만 plasma potential이 음수값을 보인적은 없었습니다. 플라즈마 조건에 따라 다르지만 대략 20~30V정도의 양수값을 보이고 있습니다.
제 생각이 잘못된것인지.. 아니면 다른 특별한 경우가 있는것인지 궁금합니다.  그럼 좋은 답변 기다리겠습니다.
끝으로 교수님 연구실에 끊임없는 발전이 있길 빌겠습니다.

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답변 :

음수 플라즈마 전위에 대해서 질문하셨습니다. 좋은 질문입니다.

질문자의 예상대로 기준점, 즉 접지를 기준으로 한다면 플라즈마 전위는 양의 값이 나와야 합니다.
이를 좀더 구체적으로 말하면, 우리가 플라즈마 전위를 말할 때 주의해야 할 점이 있다면  플라즈마 전위는 플라즈마의 부유 전위를 기준으로 항상 양이라는 점입니다. 플라즈마의 부유전위는 실제 플라즈마가 벽으로 빠져나가면서 전자 전류와 이온 전류가 균형을 이루면서 형성하는 벽 전위로 플라즈마 내에서 전위를 이야기 할 때 기본이 됩니다. 예를 들어 플라즈마가 도체로 둘러쌓여 있고 그 벽이 접지되어 있다면 기준 전위인 부유전위도 거의 접지 전위와 비슷할 것이며 이를 기준으로 플라즈마 온도의 3-5배 정도의 전위가 플라즈마 전위가 될 것 입니다. 하지만 부도체 예를 들자면 유리 관 벽의 전위는 음전하가 많이 하전되어 전위가 음이며 아울러  플라즈마 부유 전위도 음 값을 갖게 되고 따라서 플라즈마 전위도 음수값을 나타냅니다. 여기서 음의 값이란 플라즈마와 상관 없는 밖에서 관찰하고 있는 관찰자의 기준 값이 접지 값이기 때문에 나타나는 결과입니다.
결국 플라즈마 전위가 음의 값을 갖음은 결코 이상한 일이 아닐 수 있습니다.

Ruzic은 hollow cathode 플라즈마에서 얻은 탐침 자료를 소개하였는데 탐침 자료가 얻어진 플라즈마의 반응기의 특성 혹은 탐침의 위치등에 대한 구체적인 언급이 없어 어떤 이유를 음의 값을 나타내고 있는 지 알 수 없으며 추정만 가능할 뿐입니다. 따라서 보다 정확하게 탐침 자료를 해석하고 분석하기 위해서는 플라즈마  발생기 구조, 특성, 탐침기의 위치, 크기, 형태, 및 플라즈마 발생 조건등에 관한 상세한 자료가 필요합니다.