안녕하세요. 반도체 회사 근무중인 송용재입니다.
3가지 질문을 드리려고 합니다.
염근영 교수님 플라즈마 식각 기술이라는 책을 구매하여 보고있는데 제 실력이 부족해서 이해가 되지않아 질문 남깁니다.
1. 이온의 속도는 왜 전자의 온도로 결정되는건가요? 공식은 알겠지만 .. 메카니즘이 이해되지 않아 질문 남깁니다.
2. RF 등가회로는 왜 저항으로 표기 되는건가요??
3. 파센법칙 관련해서 질문드립니다.
진공상태에서 거리가 멀어지는데 왜 입자수가 증가되는건가요?
입자간의 전기장은 전자의 가속과 왜 관계가 있는건가요?
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계시판의 내용을 찬찬히 보시면 많은 궁금증의 많은 부분이 해소가 될 것 입니다. 일독을 권해 드리며, 특히 플라즈마의 속성에 대한 설명, 생성, 소멸, 유지 및 거동에 대한 설명에 집중해 보시면 좋습니다.
아마도 타킷 시료에 조사되는 이온의 조사량의 정의를 Child Law에 따라서 Bohm 전류 밀도로 가정한 해석으로 보입니다. 즉 이 정의에서는 Bohm current density = 쉬스 경계에서의 플라즈마 밀도 x 이온의 음속도 (sqrt (Te/Mi))에서 이온의 속도가 전자의 온도에 함수로 정의하고 있습니다. 이온이 전자 온도에 비례하게 되는 이유는 쉬스의 형성이 이온과 전자의 유동도 차이에 의해서 쉬스 전위가 결정되기 때문이며, 이동도는 각 입자의 열운동에 비례하므로, 이동도가 큰 전자가 쉬스 전위를 만들게 되는 이치입니다.
플라즈마는 전하들이 혼재된 가스 상태를 지칭하므로, 공간상에서 전가기 힘과 열운동을 자유롭게 하는 입자들입니다. 따라서 공간 상에서의 거동을 전기적으로 표현할 수 있으며 대표적인 전기적 표현이 회로이므로, 등가 회로로 표현이 가능합니다. 전기 회로에서 저항은 에너지를 생성 혹은 손실하는 영역으로 플라즈마 공간에서 플라즈마에 에너지를 넣는 공간, 즉 가열 영역을 저항으로 또한 쉬스 영역에는 플라즈마 밀도가 매우 낮은 공간이며 이온 전류가 흐르므로, 하나의 축전기 및 다이오드로 표현이 가능하며, 전체 공간은 저항과 인덕턴스를 가진 회로소자로 표현이 가능하게 됩니다. 다만 이 모델은 플라즈마를 하나의 큰 덩어리이자 유체로 보는 관점이므로, 전체 플라즈마의 거동을 온전히 표현하는 모델이 될 수는 없겠습니다.
파센의 법칙은 방전 개시 조건, 즉 플라즈마가 생성과 유지되기 위해서 인가되는 전기장의 세기와 내부에서 생성과 소멸이 균형을 가져 플라즈마가 유지되기 위한 조건입니다. 여기서 전기장은 가속 전자에 의해 이온화가 충분해서 반응 공간 내에 플라즈마가 유지될 수 있도어야 할 크기이어야 합니다. 또한 전자는 이 전기장에서 에너지를 받고 이온화 반응을 진행할 수가 있게 되고 (이온화에는 특정 에너지 이상의 에너지가 원자/분자에 전달이 되어야 발생하는 현상이므로), 이온화 반응으로 생성량이 전자 손실량 (혹은 플라즈마 소멸량) 보다 크거나 같기 위해서는 원자/분자와의 충돌이 빈번해야 합니다. 따라서 전자가 얻는 에너지 (전기장)과 충돌의 수가 특정적인 조건을 갖추어야 방전이 개시되고 유지될 수가 있겠고, 에너지는 전기장과 관계 및 충돌의 수는 반응기 내에서 충분히 일어나야 하며 (특히 전기장이 큰 곳에서 충분한 충돌이 일어나야) 생성되는 플라즈마의 수가 늘어날 수가 있겠습니다. 따라서 파센 법칙에서는 입자의 수 (충돌수 혹은 충돌 거리)와 전기장 (인가 전압의 크기, 전극 혹은 충돌 간의 거리의 함)로 표현됨은 이 같은 현상으로 플라즈마가 생성/유지되고 있음을 보여 주는 결과라 할 수 있습니다.
참고가 되었기를 바라고, 이 내용으로 현재 운용하는 반응기의 내부에서 플라즈마의 거동을 상상해 보시면 좋을 것 같습니다.