플라즈마의 발생에 관해서 말씀을 드리겠습니다.

플라즈마의 발생 과정은 에너지를 얻은 자유전자가 공간내의
중성 개스 입자들과 충돌을 하여 이온화 반응으로 부터 양이온 개스와
전자들이 발생하게 됩니다. 여기서 새로이 발생된 전자들은 다시
공간내에서 에너지를 받고 자유전자들과 같이 이온화 반응에 참여하면서
이온화율이 재결합이나 반응기 벽으로 소실되는 전하량보다 크게 되면
플라즈마 밀도가 증가하게 되고 적정조건, 즉 손실량과 생성량이 같아지면
저희가 쓰는 플라즈마가 형성되게 됩니다.

여기서 전자에 에너지를 전달하는 방법으로는 가장 간단한 방법이
전극간의 DC 전압을 걸어 공간내에 전기장을 만들어 전자에 에너지를 주는
방법으로 이런 방법으로 만들어진 플라즈마를 DC 플라즈마, 혹은 DC glow
discharge 플라즈마라 합니다. 여기서는 자유전자와 전극으로 부터 나오는
이차전자, 때로는 전극의 온도가 높아짐으로써 발생되는 열전자등이
위의 자유전자 홀로하던 역할에 도움을 주어 높은 밀도의 플라즈마를
형성하는 인자로 작용하기도 합니다. (따라서 전극의 종류등은 플라즈마
의 발생 유지 등에 매우 중요합니다.) 여기서 플라즈마 내에서는 전기장의
크기가 매우 작고 실제 전기장은 음전극 부근에서 매우 커서 대부분의 전자들은
이곳 음전극 쉬스 혹은 cathode fall 영역에서 가속받습니다.

여기서 좀더 효율적으로 전자를 가속하는 방법으로 양 전극에 RF를 인가하여
시간에 따라 변하는 전기장으로 부터 전자를 가속하는 방법이 있습니다. 초기
전자들은 공간 내에 형성된 전기장으로 부터 가속되고 플라즈마가 형성되면
위에서와 같이 전극 부근의 쉬스 영역에서 전자들이 가속 받게 되며 아울러
쉬스가 시간에 따라서 oscillation하기 때문에 쉬스로 들어오던 전자들이
쉬스의 변화에 따라 되 튕기면서 에너지를 얻는 효과, 즉 날아오는 공을
맞 받아치는 효과, 에 의해서 전자들은 더욱 효과적으로 에너지를 받게 되고
이들은 이온화 반응에 큰 역할을 합니다. 이렇게 만들어지는 플라즈마는
DC 플라즈마에 비해서 좀 더 높은 밀도의 플라즈마를 형성할 수 있습니다.
이렇게 만드는 플라즈마 장비를 다이오드 형태의 반응기라 부르기도 하며
capacitively coupled plasma (CCP)라 합니다.

좀더 효율적으로 전자에 에너지를 주는 방법이 유도 전기장을 이용하는
방법입니다. 위의 방법들은 전기장이 전극으로 부터 시작되어 전극으로
끝이나게되어 전기장의 path가 유한합니다. 하지만 유도 전기장을 사용하게
되면 전기장의 종단이 공간내에서 형성되게 됩니다. 유도 전기장은
안테나에 흐르는 교류 전류에 의해서 공간내에 시간에 따라 변하는 자기장이 형성되고
(암페어 법칙) 이렇게 만들어진 자기장의 주변으로 유도 전기장이 형성되어
(패러데이 법칙) 이들 전기장은 공간 내에 원형 path를 갖음으로 전자들이
전극과 무관하게 가속될 수 있습니다. 또한 전극이 반응기 밖에 존재하는
매우 유리한 점이 있습니다. 이렇게 만드는 플라즈마를 inductively
coupled plasma, ICP라는 말로 부릅니다. 구조는 반응기와
안테나를 유전체로 격리하고 안테나로 부터 발생되는 전자기장이 반응기
내부로 투입되도록 만들어 졌습니다. 이때 안테나에 높은 전류가 흐를
뿐 만 아니라 안테나 전위도 높게 걸리게 됩니다. 안테나에 인가되는
power는 전류와 전압의 곱임을 생각해 보면 power가 하는 역할 중
전류에 의해서는 위의 inductive 전기장을 만들것이고 안테나
전위는 유전체면에 수직 방향으로 전기장을 만들 것입니다. 후자는
앞에서 설명한 바와 같은 CCP 플라즈마와 유사합니다. 따라서 ICP
플라즈마에서는 inductive 전기장 효과(H-mode) 와 capacitive 전기장
효과 (C-mode)로 부터 플라즈마가 형성되게 됩니다. 여기서 C-mode는
주로 초기 ICP 방전에 역할을 하며 그 후 고밀도가 되면서 H-mode에
의한 전기장이 주효하게 됩니다.

마지막으로 Electron cyclotron resonance ECR 혹은 microwave 플라즈마,
및 Helicon 플라즈마 등은 wave에서 만들어 지는 전기장으로 전자가
가속을 받아 플라즈마를 만들게 됩니다.

도움이 되기를 바랍니다.

이광희님께 ....
일반적으로 ICP Plasma는 두개의 서로 다른 mode를 갖읍니다.
낮은 입력전력에서 발생하는 낮은 밀도의 플라즈마를 CCP mode,
E-mode, 혹은 capacitive mode라고 부릅니다. 이러한 플라즈마의 특성은 평판형 rf plasma와 유사한 성격을 갖읍니다. 입력전력이 증가하면 높은 밀도의 플라즈마로 전이 되는데 이러한 플라즈마를 ICP mode H-mode , Inductive mode라고 부릅니다. 이러한 플라즈마의 성격은 CCP mode와는 상이하게 다릅니다.

일반적으로 ICP source에서 사용되는 Matching Circuit는 Standard 와 Alternate typr이 있는데 두 Type모두 두개의 Variable Capacitor를 사용하는데 두 type모두 두개의 Capacitor중 하나는 접지되어 있고 다른 하나는 Float 되어있읍니다. 두개를 모두 Float 시킨다면 글쎄요 ...
아마 Matching 안되지 않으까요 ?