Ion/Electron Temperature OES를 활용한 excitation temperature 분석 질문입니다.
2018.10.01 19:05
안녕하십니까? 대학원에서 플라즈마 상태에 따른 박막의 특성을 연구하고 있는 학생입니다.
현재 연구실에서 OES를 사용하고 있는데, 분석 법 중에서 Actinometry 법 외에 excitation temperature를 구할 수 있는 것을 뒤늦게서야 알게 됐습니다.
몇몇 논문을 봤을 때 랭뮤어 탐침 법으로 electron temperature를 구하고, OES로 excitation temperature를 구한 결과를 비교했을 때 같은 경향성을 나타낸다고 봤습니다.
여기서 몇 가지 질문할 사항이 있습니다.
1. 그렇다면 OES를 통해 확인하고자 하는 species의 excitation temperature를 구하여, species가 플라즈마 내에서 대략적으로 어떠한 상태인지를 경향성을 확인할 수 있지 않나요?
2. 그리고 electron temperature와 excitation temperature의 차이를 명확하게 모르겠습니다. 간단하게 설명을 부탁드릴 수 있을까요?
감사합니다!.
안녕하세요, 플라즈마 응용 연구실에서 박사과정을 지내고 있는 유상원 입니다.
Electron temperature (Te) 는 전기장에 의한 전자의 heating 과 전자 + 전자 및 타 입자와의 충돌 혹은 벽면으로의 energy loss 가 열적으로 balance 를 이루어서 만들어진 전자의 energy distribution (EED) 을 Maxwellian 분포로 가정하여 나타낸 값 입니다.
반면 Excitation temperature (Texc) 는 플라즈마 내 어떤 입자가 전자와의 충돌로 인해 lower state 에서 upper state 로 excited 되는 반응을 이용하여 구한 값입니다.
일반으로 lower state 에서 upper state 로 excited 되는 반응율은 excitation threshold energy (Eth) 이상의 전자 energy distribution (EED) 과 cross section 의 곱으로 나타나게 됩니다.
lower state 의 density 를 nl, upper state 의 density 를 nu로 나타낸다면 두 state 의 density 비율을 대략적으로 아래와 같이 쓸 수 있습니다.
nu/nl = A exp ( - Eth / kTexc) {A 는 입자 및 state에 따라 결정되는 상수}
따라서 Texc 은 어떤 특정 excitation 반응의 lower state 와 upper state 의 밀도 비율을 나타내는데 활용할 수 있겠습니다.
만약 Texc 이 0 이라면 excitation 반응이 일어날 수 없기 때문에 nu/nl = 0 이 될 것이고, Texc 이 무한히 크다면 excitation 반응이 충분히 많이 일어날 수 있기 때문에 nu/nl = A 로 lower state 와 upper state 의 비율이 saturate 하게 될 것 입니다.
Te 와 Texc 이 비슷한 경향을 보이는 이유는 앞서 말씀 드렸듯이 excitation 반응율이 EED 와 cross section 의 곱으로 나타나기 때문입니다.