Sheath RF plasma에 대해서 질문드립니다. [Sheath model, Ion current density]
2007.02.08 16:57
안녕하세요
대학원에서 공부하고 있는 오흥룡이라고 합니다.
제가 plasma에서 공부하면서 궁금한 것을 물어보고자 합니다.
첫째, RF plasma에서 self bias된 정도를 계산하면서,
Brian chapman의 glow discharge process책에서는
양전극의 면적과 전극 근처의 sheath영역에서 potential drop간의 관계식을
Koenig-Maissel Model로 유도하고 있는데요.
이 모델의 가정을 보면, 양쪽 전극의 ion flux값이 동일하다는 가정을 놓습니다.
이 가정을 새울 수 있는 근거가 궁금하고, 어떤 상황에서(예를 들면, power가 많이 걸렸다, 전극의 면적의 차이가 크다.) 이러한 가정이 성립하지 않을 까요? 또 어떤 상황에서 이러한 가정이 실재상황과 근접하는 건지 궁금합니다.
두번째는 만약에 양쪽의 전극의 면적이 서로 다를 경우에 그 전극 근처의 plasma영역(sheath영역제외)에서 charged particle의 density는 어떻게 변할까 하는 문제입니다.
즉 예를 들어 한 전극의 면적이 약 1cm2이고 다른 전극의 면적이 100cm2이라면, 각 전극 근처의 plasma영역에서 charged particle의 수는 어떻게 다를까요?
제가 생각하기에는 plasma영역에서 전체면적을 흐르는 전류량은 일정하므로 그 전류량을 각 영역의 단면적으로 나누면 입자의 flux가 되기 때문에 단면적이 넓은 쪽은 charged particle의 밀도가 줄어들게 될 것 같은데요. 이게 맞는건가요? 아니면 다른 요인에 의해서 전극의 면적이 다를 때, 위치에 따라서 plasma density가 변할까요?
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나아가, 이 논리로 계산을 하게 된다면 면적 대비 sheath 전위 차가 과대(즉, 면적비의 약 4승 배)하게 해석되는 단점이 있으나, 중요한 이슈는 두 전극의 면적 비에 따라서 전극 앞에 형성되는 쉬스크기 및 전위의 변화가 일어나는 현상을 설명할 수 있다는 것이니, 이 현상의 이해에 관심을 갖기 바라고 이점이 이해되면 2번째 질문의 답을 얻을 수 있을 것입니다. 참고로 실제 경우는 전극 면적대비 약 1-2 승 정도로 예상이 됩니다. 또한 이 모델을 개선하려면 사용되는 쉬스의 모델을 보완하여야 할 것입니다.
- 2번 질문의 일부에서 플라즈마 밀도의 분포는 전극에 의해서만 단순하게 정의하기 어려운 점이 있습니다. 실제로 작은 전극과 큰 전극 사이에 플라즈마를 구속할 수는 없기 때문이지요. 즉, 작은 전극은 반응기 속에 있기 때문에서 반응기 벽이 큰 전극으로 가정되는 것입니다. 작은 전극에서 쉬스 전위가 커지고, 큰 전기장이 형성되어 대부분 파워 전극 역할을 하게 되고, 큰 전극 즉 벽에 형성되는 쉬스는 크지 않다고 생각할 수 있지요. 따라서 Champman의 논리는 두개의 전극사이에 매우 이상적으로 플라즈마 차여 있다는 가정으로 위의 식이 유도하였음으로 이해하면 좋을 것입니다. 플라즈마 분포는 확산에 의한 영향이 지배적임도 참고하세요.