Ion/Electron Temperature ICP power와 ion energy사이의 관계에 대해서 문의드립니다.
2017.07.07 15:24
안녕하세요 저는 유니스트에 재학중인 대학원생 홍석모입니다.
제가지금 ICP CVD장비를 사용하고 있는데 플라즈마에 대한 배경지식이 없어서 혹시나 도움이 될까 글을 남겨 봅니다.
지금 저희가 쓰고 있는 장비의 스펙에 대해서 간단히 설명드리면
cylinder type
출력 주파수 13.56MHz
주파수 안정도 ±0.005%
RF 출력 임피던스 50 ohm nominal
AC 입력Power Line 208/220/230 Vac/단상 50-60Hz
정격RF Power Output YSR-06MF: 600W @ 50 ohm.
RF Output Connector N Type
DIMENSION 482W * 458D * 178H / 36Kg
그리고 작동 압력은 0.1 torr에서 0.01torr사이에서 작동 하고 있습니다.
제가 궁금한것은 power와 ionenergy사이의 관계를 알고 싶고, 시뮬레이션이 가능하다면 어떤 프로그램으로 할수 있는지 알려주시면 정말 감사하겠습니다.
감사합니다.
홍석모.
댓글 2
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우리가 이온 에너지를 먼저 정의할 필요가 있습니다. 일반 적으로 이온 에너지라 함은 이온의 열에너지 (이온 온도)가 있고, 이온이 쉬스에서 얻은 운동에너지를 생각해 볼 수가 있습니다.
1. 열에너지는 가속 전자와의 충돌로 얻겠고, 주변의 중성입자들과의 충돌로 잃겠으며 이들이 균형을 가진 상태의 값을 이온 온도라 할 수가 있겠습니다.
2. 다음으로 이온을 가속시키는 쉬스 에너지는 플라즈마의 전자와 이온 간의 이동도(mobility) 가 차이가 나서 플라즈마와 경계면 사이에서 생기는 전위차, 즉 전기장의 크기입니다. 따라서 이온의 운동에너지는 쉬스전위값에 비례하게 되고, 이는 전자, 특히 고속 전자들과 이온의 벽으로 손실 값, flux가 균형을 이루면서 만들게 되는 크기 입니다.
따라서 여기서 다룬 전자들과 이온, 그리고 쉬스 전위들은 플라즈마 가열되는 특징과 연관이 됩니다. 즉, 가열의 특징에 따라서 고속전자 혹은 전자온도, 이온 수(준 중성상태로 이온밀도와 전자밀도는 유사), 그리고 전위들이 영향을 받게 됩니다. 플라즈마 상태를 간단한 모델로 만들어서, 일반적으로 입자 균형 모델(생성 플라즈마 입자 수와 소멸 수 균형) 과 전력 균형 모델 (입력 전력 대비 플라즈마 생성에 들어가는 전력 균형)으로 부터 밀도와 온도 예측이 가능하게 되며, 이는 바로 회로 모델화도 가능하게 합니다. 일반적으로 ICP의 회로 모델은 변압기 모델을 많이 쓰면 대부분의 교재에서 소개가 되어 있습니다. 이를 통해서 해석적으로 밀도/온도를 추론할 수 있게 되며, 온도를 예측하게 되면 플라즈마 전위-부유 전위 값으로 형성되는 쉬스 (이온에너지)를 추적할 수가 있게 됩니다. (수식은 교재등을 참고하면 되겠고, 또한 본 게시판의 설명을 참고하면 되겠습니다.)