Others RF power에 대한 설명 요청드립니다. [Child-Langmuir sheath 및 Debye length]
2017.03.29 14:50
PLASMA에 영향이 있는 ICP챔버의 경우에 대한 Parameter 해석관련 질문드립니다.
공식으로 알고 있는 이해보다 왜 그런지 쉬운 설명으로 메카니즘 해석 좀 부탁드리겠습니다.
제가 잘못알고 있거나 일부분만 알고 있는 내용일수 있는데 이점 양해 부탁드립니다.
책을 보았으나 혼동되는 부분이 있어 개념을 잡으려고 합니다..
* RF bias POWER는 전자밀도 와 비례 , ion flux 와 비례하는걸로 알고 있습니다.
1. electron density 와 비례한다면 ,,, ion density는 영향이 없는건가요?
2. 전자밀도가 높으면 쉬쓰 두께는 왜 줄어드나요?
충돌확률이 왜 전자밀도와 반비례인가요? 밀도가 높은데 충돌확률이 왜 떨어지는지 잘 모르겠습니다..
3. debye length 인/척력이 이온이나 전자의 가속과 관련이 있는건가요..?
입자의 속도는 밀도와 온도에만 관련있다고 알고 있는데 인/척력이 나오니 좀 헤깔리네요;;
4. ICP type에서 RF source power는 bias power 와 ion이나 전자 거동이 어떻게 다른지 궁금합니다.
사실 제가 RF(source power 상단부) Reflect power 부분이 관심이 많습니다..
- Bias voltages depend on gas : √Te/Kiz(Te) ~ d
- ω↑ → n↑ → sheath 두께 δsh↓ → 플라즈마 size d↑ → 전자온도 Te↓
→ 충돌확률 νm↓ → Diffusion D↑ → more symmetric → Vdc-bias↓ → Vdc-sh↓
- δsh ∝ ω-1 , d (plasma width) = characteristic length - sheath width
아마도 질문의 대부분은 본 게시판을 좀 더 살펴 보시면 답을 쉽게 찾으실 것 같습니다. 간단히 답변 드립니다.
1. 플라즈마는 quasi-neutral (준중성상태)의 성질을 가져야 합니다. 즉, 전자 밀도와 이온 밀도가 거의 유사한 상태입니다. 따라서 이온 밀도가 커진다는 말은 전자 밀도도 같이 올라간다는 말이며, 이 조건이 성립되지 않게 되는 공간이 sheath 공간입니다. 이 곳에는 이온이 더 많이 존재합니다.
2. 플라즈마는 전기적으로 쉽게 중성화 시킬 정도의 많은 전자/이온들이 혼합되어 있는 상태입니다. 즉, 플라즈마에 전위 변화를 주면 그 전위는 쉽게 차폐가 되고, 그 차폐 특성 길이를 디바이(Debye) 차폐 길이라 하여 당연히 밀도가 높으면 그 길이는 줄 것입니다. 또한 플라즈면 경계에 생기는 쉬스 전위 또한 벽면에서의 전기장을 차폐하는 크기이고, 이는 플라즈마의 양극성확산의 정도로 만들어지는 값 입니다. 즉, 전자와 이온의 확산과 유동의 차이가 만드는 크기로서 플라즈마 갖는 고유 특성인 Debye shield 길이에 쉬스 전압의 지수 승으로 정의됩니다. (Child-Langmuire sheath 참조), 따라서 밀도가 높아지면 쉬스 크기는 줄어드는 경향을 갖습니다.
3. 플라즈마에서 거동을 고려할 때, 특히 시간에 대한 고려에서 입자의 열운동에 의한 속도를 기준으로 합니다. 즉, 거리를 속도로 나누면 특성 주파수가 됩니다. 디바이 차폐 길이를 열운동 속도로 나누어 보면 플라즈마 주파수를 얻을 수 있고, 이는 플라즈마가 그 주파수를 갖고 열운동을 하며 전기적으로 중성 상태를 유지하고 있다는 의미가 됩니다. 또한 플라즈마는 전자와 이온으로 구성되어 있으니, 항상 이온의 거동과 전자의 거동, 이온 주파수, 전자 주파수를 각각 생각하는 것이 좋습니다. 이를 기준으로 RF의 주파수의 역할을 설명할 수 있기 때문입니다. 따라서 플라즈마 주파수는 플라즈마 내의 입자가 갖는 고유 주파수이고 이는 밀도의 함수가 되며, 인가 주파수와의 크기 차이와 유발 현상은 이 기준으로 판단하는 것이 좋습니다.