[응용 플라즈마 정의]

일반적으로 우리가 사용하고 있는 용어에 혼선이 있어 왔습니다. 우주에 존재하는 플라즈마 상태를 연구할 때는 우주 플라즈마, 핵융합 연구에 쓰이는 핵융합 플라즈마, 산업적으로 활용되는 경우 산업 플라즈마 등으로 구분이 되겠습니다.

운전 압력을 기준으로 이야기 할 때는 저압 플라즈마와 상압 플라즈마 혹은 대기압 플라즈마가 되겠습니다.

또한 온도의 관점으로 보면 고온 플라즈마와 저온 플라즈마가 되겠고 플라즈마에서 전달된 열 에너지를 쓰는 경우, 열 플라즈마라 하겠습니다.

각각의 정의는 사용 용도에 따라서, 운전 압력 조건이 정해지며, 방전 방법이 정해지게 됩니다.

대부분 고전압에 저전류의 방전 형태, 코로나 및 스파크, 스트리머, DBD, 방전 등에는 고전압, 저전류의 방전 특성의 전원으로 플라즈마를 만들게 되며, 이떄 만들어진 플라즈마는 대부분 저온 플라즈마 형태가 됩니다.

반면 플라즈마의 온도를 높이기 위해서는 충돌 횟수가 줄어야 하므로, 저압에서 고밀도 플라즈마를 만들기 위해서 가열 등의 특별한 방법의 글로우 방전 특성을 갖도록 플라즈마 형성 시킵니다. 글로우 방전 역시 저온 조건으로 플라즈마를 만들 수 있으면 글로우 방전이 유지되기 위해서는 일단 breakdown 의 전압이 인가되는 개시 전압이 필요하며 유지에 필요한 전력이 공급되어야 합니다. 유지 전압은 개시 전압 보다는 높지 않은 상태로 방전이 지속되는 경우 글로우 방전, 글로우 플라즈마라고도 합니다. 이떄 만들어진 플라즈마는 저압에서 잘 유지되며, 비교적 낮은 밀도의 낮은 온도의 저온 플라즈마를 형성하게 됩니다. 다만, 낮다의 기준은 상대적임을 염두에 두어야 합니다. 현재 반도체 공정 등에서 사용하고 있는 플라즈마도 저온 플라즈마의 하나입니다만, 결코 그 온도를 낮다고 생각하지 않습니다. 오히려 더 낮은 온도의 플라즈마를 만들고자 노력도 하고 있습니다만, 높은 밀도는 유지해야 하는 어려운 숙제가 되고 있습니다.  

방전이 충분이 커져서 방전 전류가 증가하게 되면 열전자가 늘어나게 되면서 방전은 아크 방전이 되고, 아크 방전의 특징은 저전압에 고전류의 방전 특성을 갖게 됩니다. 열플라즈마는 이용하는 가스 입자의 온도를 높여서 사용하려는 목적이므로, 이들 입자의 온도가 높아지도록 충분하게 플라즈마의 하전 입자들이 충돌을 해 주어야 하니, 당연히 아크 플라즈마가 이용될 것입니다. 따라서 아크 플라즈마는 열플라즈마의 소스의 이름이 되겠습니다.

부산대학교에서는  플라즈마 관련 연구를 활발히 진행하고 계시는 교수님이 여러분 계시니, 아마도 플라즈마를 소개하는 강의를 접할 기회가 많을 것 입니다. 참고가 되었으면 합니다.