ATM Plasma N2 환경에서의 코로나 방전을 통한 이온생성에 대한 질문입니다.
2014.01.07 19:43
안녕하세요, 김곤호 교수님.
저는 동일기연이라는 Ionizer 제조회사에 근무하고 있습니다.
Ionizer는 코로나 방전의 원리를 이용하여 양이온과 음이온을 발생시키고 그 이온을 대전물체에 전달시켜 정전기를 중화시키는 제품입니다.
최근 적용 공정 중에 일반 Air가 아닌 순수 N2(99.999%)에서의 Ionizer의 동작과 관련하여 난해한 문제가 생겨 이렇게 질문을 드립니다.
현재 일본 경쟁사 측에서 일반 Ionizer는 Air 환경 하에서는 양이온과 음이온이 평행을 이루며 나오지만,
순수 질소환경에서는 그 이온 발생이 평행을 이루지 못하며, 이상 방전을 한다는 주장을 하고 있습니다.
일본 경쟁사의 논리는 하기와 같습니다.
1. 전압 인가 시 음극에서 이상방전 발생[첨부 그림파일 참조 부탁드립니다. 1.JPG 파일]
- +전압 인가에서는 Air와 N2 일때 전압과 전류의 차이가 크지 않으나, -전압 인가에서는 약 -3kV에서 전류가 급격하게 변함.
2. N2환경에서 일반 이오나이저 사용 시 이온 균형이 이상함.[첨부 그림파일 참조 부탁드립니다. 2.JPG 파일]
- 일반 Air에서는 +이온과 -이온의 발생이 균형을 이루어 0V의 이온 밸런스를 나타냄.
- N2 환경에서는 이온 밸런스가 -1400V ~ -1600V로 - 측으로 이온밸런스가 편향되는 것으로 나타남.
3. 주기율표 상에서 질소는 음이온이 되지 않음.
4. 질소 환경에서는 전자 Trap이 없어 전자가 빨리 움직일 수 있음.
상기의 경쟁사 주장에 대하여 확인할 자료나 논문을 찾아보았으나, 찾을 수가 없어 이렇게 교수님께 질의를 드리게 되었습니다.
상기 내용에 대하여 조언을 꼭 부탁드리겠습니다.
감사합니다.
| 번호 | 제목 | 조회 수 |
|---|---|---|
| 공지 | [필독] QnA 글 작성을 위한 권한 안내 [268] | 76727 |
| 공지 | Q&A 검색 길잡이 – 내게 필요한 정보를 더 빠르게 찾는 방법 | 20190 |
| 공지 | 개인정보 노출 주의 부탁드립니다. | 57167 |
| 공지 | kr 입자 조사에 의한 Cu 스퍼터링 에너지 및 이탈 속도 분포 함수 | 68699 |
| 공지 | 질문하실 때 실명을 사용하여주세요. [3] | 92278 |
| 789 | 플라즈마 설비에 대한 질문 | 13 |
| 788 | RF magnetron Sputtering 공정에서의 질문 [1] | 33 |
| 787 | 내플라즈마 코팅의 절연손실에 따른 챔버 내부 분위기 영향 여부 질문드립니다. [1] | 53 |
| 786 | Ni DC 스퍼터 관련 질문있습니다. [1] | 59 |
| 785 | 자성 물질 Etching 시 Process Parameter 질문 [1] | 62 |
| 784 | 스미스차트의 저항계수에 대한 질문드립니다 | 68 |
| 783 | RF 반사와 전기에서 쓰이는 무효전력 반사 차이점이 궁금합니다. [1] | 80 |
| 782 | Impedance I 값을 결정 짓는 요소 관련 질문 [1] | 80 |
| 781 | 반사파에 의한 micro arc 질문 [2] | 85 |
| 780 | RF generator의 AMP 종류 질문입니다. [1] | 100 |
| 779 |
CF4/Ar 을 활용한 Si/SiO2 에칭에 관한 질문입니다.
[1]  | 111 |
| 778 | Microwave & RF Plasma [1] | 112 |
| 777 | sputtering 을 이용한 film depostion [1] | 113 |
| 776 | 챔버 내 전자&이온의 에너지 손실에 대해 [1] | 124 |
| 775 | skin depth에 대한 이해 [1] | 124 |
| 774 | ICP에서의 Self bias 효과 [1] | 128 |
| 773 | DBD 플라즈마 작동 시 유전체에 가해지는 데미지 [1] | 136 |
| 772 | ICP에서 전자의 가속 [1] | 137 |
| 771 | LXcat Dataset에 따른 Plasma discharge 에 대한 질문입니다. [1] | 146 |
| 770 | 파장길이와 동축 케이블 길이 관련 문의드립니다 [2] | 149 |
위의 사항에서 질문하신 내용에서 잘 알려져 있는 사항은 공기 중에서의 코로나 방전 (방전 개시 전기장은 30kV/cm 의 조건)은 조건이 맞으면 방전이 개시되니 전극간의 거리와 인가 전압(차)는 해당 기준을 맞추면 발생하게 되면, 공기 중 방전 시 생성되는 플라즈마 성분은 질소(+)이온과 산소(-)계열의 음이온 및 전자(-) 등으로 구성되며, 이 상태에 음전하와 양전하의 양은 거의 일정합니다. 공기 중 이온아이저를 켜면 냄새가 나는데 대부분 오존에 의한 것으로 O3는 O2+O의 반응으로 만들어 지며 이는 공기 중 산소가 플라즈마 내에서 반응이 제법 많이 됨을 의미합니다. 하지만 산소는 전자 친화력이 커서 쉽게 음이온(음으로 하전된 이온)으로 전자보다 질량은 큰 특징이 있습니다. 따라서 두개의 전극에 전압을 인가하게 되면 양의 전극에는 음이온과 전자가 유입되게 되고, 음전극에는 양이온으로 구성된 전류가 흐르게 됩니다. 또한 음이온과 전자의 흐름에서 전자는 매우 가볍기 때문에 전류의 변화가 급격해 질 수 있고, 음이온은 양이온과 같이 무거운 원자/분자 질량을 가짐으로 전류의 변화가 크지 않습니다. 따라서 순수 질소에서 방전은 질소 이온과 전자로 구성된 플라즈마 상태를 가정해서 이해하면 되겠고, 공기에서는 질소이온과 산소(음이온)과 전자로 구성된 플라즈마 상태를 가정해서, 경쟁사가 주장하는 바를 이해하시면 큰 무리가 없을 것으로 장치의 특성이기 보다는 플라즈마 상태의 옳바른 표현이라고 이해함이 옳습니다. 즉 어떤 장치를 사용해도 유사한 결과가 만들어진다는 뜻이며, 굳이 논쟁을 하려면 인가 전압 대비 흐르는 전류크기, 혹은 전류밀도의 크기를 비교함이 좋습니다. 그 크기가 이온나이저, 즉 정전기를 제거하는 효율의 문제로 이해합니다. 아울러 팁의 erosion으로 metal 오염의 문제도 확인이 필요합니다. 따라서 경쟁사의 자료는 크게 인상적인 특징이 없어 보입니다. 제 판단입니다.