Others manetically enhanced plasmas

2004.06.21 15:45

관리자 조회 수:21547 추천:276

Magnetically Enhanced Plasma에 관한 질문입니다.

일단  전기장과 자기장의 영향 안에서 하전 입자가 받는 힘을 생각해 봅시다. 이때 전하는  
전기력과 자기력을 받게 뵙니다. 이 힘을 로렌츠의 힘이라 하고 F= qE + qv x B 입니다. 여기서
전기장 속에서 전하는 전기장과 나란한 방향으로 힘을 받고 있음을 알 수 있습니다. 전자의
경우는 전기장과 반대 방향으로 이온의 경우는 전기장과 같은 방향으로 힘을 받고 움직이겠지요.
또한 움직이는 전하가 자기장 속에서는 자기장과 수직인 평면에서 원운동을 하게 됩니다. 이는
전선을 감고 전류를 흘리면 자기장이 감은 원통의 중심축 방향으로 나가게 되듯이 전하의 움직임과 자기장과의
관계는 서로 수직인 관계가 되며 그 수직 평면에 원형 궤도를 갖게 됩니다. 또한 만일 전기장과 자기장이
수직으로 작용하는 공간에 예를 들어 자기장이 모니터에 수직으로 들어오고 있다면 전자는 모니터 평면에서
원운동을 할 것이며 이때 아래서 윗쪽으로 전기장이 작용한다면 윗 방향으로 돌아오르던 전자는 더욱 힘을
받을 것이며 돌아 내려오던 전자는 반대로 작용하는 알짜힘은 작게 됨으로 원운동이 왜곡되면서 타원형
궤도를 갖으면서 점차 옆, 즉 모니터 화면 옆으로 이동하게 될 것입니다. 이를 ExB drift라 합니다.

플라즈마는 이온(양전하)와 전자(음전하)로 구성되어 있음으로 플라즈마에 자기장이 인가되게 되면
자기장을 축에 수직인 평면상에서 전자와 이온은 원운동을 하게 됩니다. 만일 자기장의 인가가 없었다면
이들 입자들은 자연스럽게 충돌에 의한 확산을 통하여 반응기 벽으로 나가게 되겠지만 자기장이 인가되어
이들 입자들이 원운동을 하게 됨으로 쉽게 확산되기 어렵게 됩니다. 따라서 반응기 내에 하전입자가
좀더 오래 존재하게 되며 이는 플라즈마 밀도를 높이게 되는 효과가 있습니다. 특히 벽 쪽으로 가면
더욱 플라즈마 밀도가 떨어지게 되는데 그런 영역에 즉, 반응기 벽에 N과 S의 영구자석을 띠 형태로 돌려 놓으면
(이를 Magnetic Bucket이라 합니다.) 주변으로 빠져 나가는 전자의 수를 줄여 공간내의 플라즈마 분포의 균일도를
높일 수 있습니다. 최근 결과를 보면 MERIE라는 장치에서는 일반적으로 substrate 표면에 수직으로 E field가
작용되고 있는데 (이는 substrate에 bias를 인가함으로 자연히 생기는 전기장 입니다) substrate에 수평으로 자기장을
인가함으로써 E x B drift를 이용하여 전하가 substrate위에서 동심원 방향으로 계속 돌게 됨으로 웨이퍼 위의 플라즈마
밀도가 비교적 높게 되어 처리 효율을 높일 수 있습니다. 간략히 자기장에 의한 효과를 알아 보았으며 이 경우의
플라즈마를 magnetically enhanced plasma라 합니다.
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