Others Plasma Gas의 차이점
2009.10.16 04:38
안녕하세요
저는 플라즈마 실무를 이제 막 접하게 된 직장인입니다
화공과를 나왔지만 회사에서 주어진 일이라 어쩔 수 없이 플라즈마를 담당하게 되었습니다
Plasma에 사용하는 Gas가 여러가지가 있던데 차이점이 무엇인지 알 수 있을까요?
예를 들어,
Ar, O2, CF4, H2N2 등을 사용하는데 언제 이 가스들을 사용해야 하는지 알 수가 없습니다
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- 화공학을 전공하셨으니, 현재 사용하시는 플라즈마의 역할을 이렇게 이해하시면 좋겠습니다. 이온화된 가스 상태를 의미하는 플라즈마는 제4의 물질 상태를 의미합니다. 즉 이 상태는 이온화된 양이온과 전자들이 대량으로 구성되어 있으며, 전기적으로는 중성이고 거동은 집단적으로 하게 됩니다. 즉 원자나 분자가 이온화 되어, 원자 이온 혹은 분자 이온과 전자들의 구성체라 할 수 있고, 하전량은 거의 같은 밀도로 존재하여 준 중성상태를 유지하게 되는 것입니다. 여기서 화학적 성질을 갖고 있는 원자이온과 분자이온이 반응에 핵심 역할을 하며, 전자들은 질량이 상대적으로 매우 가벼우므로 쉽게 에너지는 얻게 되어 플라즈마 만드는 이온화 반응이나 분자나 핵을 여기시키는 반응과 분자들을 해리시키는 반응에 핵심 역할을 하게 됩니다. 또한 대부분의 공정 플라즈마에서 이온화되는 정도, 즉 중성입자대 이온화된 입자의 비율이 약 1%정도도 채 되지 않으니, 이 분위기에서 입자 종은, 이온/전자/중성종(여기종/라디컬..)의 3요소로 구성되어 있습니다.
- 참고로 완전 이온화된 플라즈마, 즉 핵융합용 고온 플라즈마에서는 이온과 전자들로만 구성되어 있어 대부분의 거동이 전기적인 이해를 바탕으로 가능하나, 공정 플라즈마에서는 오히려 라디컬의 거동에 더 관심을 갖게 됩니다. 라디컬이나 중성종 입자들은 전기장과 무관하게 시편 표면에서 안착하게 되고 표면 반응은 시편에 인가되는 에너지에 의해서 가속되게 됩니다. 또한 화학성질을 갖고 있는 이온이 반응성이 있다면 이온은 가속 에너지를 쉬스 전위로 부터 (시편 바이어스 전압에 의해 생성) 쉽게 얻을 수 있어, 에너지를 가진 반응성 입자를 효과적으로 사용하여 반응을 촉진할 수 있게 됩니다.
- 따라서 공정 가스가 불활성 가스인가, 아니면 공정용 가스인가를 사용하는 것은 어떤 반응을 원하는가 하는 화학적 선택을 기반으로 정하게 되며, 대부분의 불활성 가스들은 플라즈마 밀도를 높이거나, 반응에 에너지를 전달하는 목적으로 사용되게 되니 거론된 가스들의 역할을 판단할 수 있겠습니다.