Others 새삼스럽지만 챔버 내에 전류의 정의를 여쭤보고싶습니다.
2024.05.02 15:13
안녕하세요, 반도체 제조 기업에서 근무하고 있는 서성범입니다.
정말 기본적인 질문이라 부끄럽습니다만 전류란 도대체 무엇인지 여쭤보고 싶습니다.
전류라는 개념이 단순하면 정말 단순하게 +에서 -로 흐른다고 약속한 개념이라고 이해하고 있었는데,
깊이 생각하고 파고들수록 헷갈리고 개념 정리가 잘 되질 않아 질문드립니다.
Q. DC 플라즈마 환경 내에서 중성 기체가 양이온으로 이온화가 되고, 양이온이 음극판으로 이동해 부딪힌다면
해당 과정은 전류가 흐르는 것으로 보아야하나요??
제가 생각하는 바는 아래와 같습니다.
음극판에서 방출된 전자의 경우 다시 양극판으로 이동하며 루프를 형성할 수 있지만,
양이온의 경우 양극판에서 방출된 것이 아닌 두 금속판 사이 공간에서 생성되었고 이후 음극판으로 부딪히면서 전자와 만나 중성화가 되기 때문에 전류 형성에 기여하지 않는다고 생각됩니다.
단순히 전위차가 생겼을 때 입자의 움직임으로 전기적 현상을 이해했고, 전류는 전자의 움직임으로 이해했습니다만,
양이온의 움직임에 따른 전류와 전자에 의한 전류를 각각 다르게 보아야 하는건지 개념이 혼란스러워 질문드립니다.
참고할만한 자료가 있다면 알려주시면 감사드리겠습니다.
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자연에서 발생하는 전기적 물리 현상을 설명하기 위해서 전하와 전류의 개념을 도입합니다. 본 개념을 이해하시면 위의 질문에 스스로 답을 찾으실 수 있을 것 같습니다. 따라서 물리학에서 정의하는 전하와 전류의 개념을 공부해 보시기를 추천드립니다. 아울러 플라즈마는 이온화된 입자들로 구성된 가스 상태입니다. 일반 가스 입자들은 전기적으로 중성이나, 이온화가 되면 자유롭게 움직이는 전자 (음전하)와 양전하를 가지는 이온을 형성하고, 그 숫자가 매운 많은 상태인 플라즈마 상태가 형성됩니다. 여기서 이온화가 되지 않은 중성입자들이 혼합되어 있어, 대부분의 공정 플라즈마는 10% 미만의 플라즈마와 중성입자가 혼재되어 있습니다.
전하가 움직이면 이를 전류라 합니다. 전자들은 반응기 내의 플라즈마 내를 휘젓고 다닐 수도 있고, 얼마 가지 않고 쉽게 이온과 결합할 수도 있습니다. 우리가 두개의 평판 전극을 가지고, 내부에는 플라즈마가 차 있다고 가정하는 다이오드 형태의 플라즈마 (CCP 형태 유사함)에 전압을 인가했습니다. 따라서 이떄 전극 표면에 흐르는 전류는 플라즈마로 부터 전극으로 전하가 흘러갔음을 의미하고, 주로 이온전류가 그 값이 됩니다. 즉 플라즈마 전류는 있는 것이지요. 그 크기를 측정하고 이온의 속도를 알며 I = A (전극면적) x n (플라즈마 밀도) x q (전하량 1.6 x 10^16 C) x v (이온인 경우 이온의 속도, 열운동을 하면서 생기는 속도면 이온 또는 전자 열운동 에너지 - 온도- 에서 얻어진 평균 열운동 속도, 쉬스 에너지 등에서 전하가 얻은 속도)입니다. Bohm은 이때 속도는 열운동하는 전자에 의해 제한하된다고 해서 Bohm current라고 하여, v=sqaure root( Te/M(ion mass)) 의 값을 넣어서 구할 수 있습니다. 따라서 전자 온도를 알면 쉬스로 들어와서 전극에 입사하는 전하 밀도를 알 수 있습니다.
전기 부분의 역사를 공부해 보시면 개념 잡기가 훨씨 수월합니다. 또한 게시판의 Bohm 속도, Bohm criterion, Child-sheath, Child-Law를 찾아 보시기를 추천합니다.