Others 챔버 내 전자&이온의 에너지 손실에 대해 [에너지 균형과 입자 균형식]
2024.02.08 19:50
안녕하세요, 전자공학과 2학년 학부생입니다.
ICP-RIE system에서 전극의 RF bias에 따른 플라즈마 밀도 변화가 궁금해져 이에 대한 논문을 찾아보던 중, 글로벌 유체 모델에 의해 안테나 코일/전극에 인가된 전력에 비례하고, 소실된 에너지에 반비례한다는 내용을 찾았습니다.
여기서 소실된 에너지는 "1. 전자가 충돌로 잃는 에너지. 2. 이온의 wall 폭격 에너지 3. wall로 나가는 전자의 운동에너지"의 세개의 텀으로 구분되었습니다.
아직 플라즈마에 대한 지식이 얕아 기본적인 용어에서도 헷갈리는 부분이 있습니다.
이온 충돌 에너지는 플라즈마 전위&전극의 self bias 전위의 차에 비례하는 것으로 알고 있는데, 그렇다면 상기의 wall=electrode인 것인가요?
그렇다면, "3"은 쉬스를 극복하고, 음전위의 전극을 통해 빠져나가는 전자의 운동에너지를 의미하는 것이 맞는지 여쭤보고 싶습니다.
같은 원리로 CCP의 경우, 전자가 Anode 뿐만 아니라, 충분한 운동에너지를 가지고 Cathode에 도달하여 이를 통해 빠져나갈 수 있을까요?
양이온의 경우 Cathode와 충돌 후 소수의 이온만이 재결합된다고 알고 있는데, 그렇다면 일부 양이온은 cathode를 통해 빠져나갈 수 있나요?
감사합니다.
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글로벌 모델을 공부하셨군요. 에너지 균형과 입자 균형식으로 구성되어 있다고 생각하고 균형식을 잘 살펴 보면서 플라즈마 공부를 해 보세요. 특히 에너지 균형식 만으로는 온전히 균형이 맞았다고 볼 수 없는데, 이유는 제시한 1번 충돌에 의한 에너지 손실은 플라즈마 공간에서 발생하는 에너지 손실로서, 여기서 중요한 것은 손실되는 에너지는 라디컬 생성과 플라즈마 밀도 증가에 쓰였습니다. 따라서 (전하) 입자 균형식을 같이 만족해야 합니다.
2번의 이온에너지 손실 부분은 대부분 쉬스를 통해서 이온이 가속되고 벽으로 손실됩니다. 쉬스는 플라즈마와 대면하고 있는 모든 대면에 형성되므로, 전체 면적에 대해서 이온 손실이 발생한다고 할 수 있습니다. 또한 벽면에서 발생하는 열운동 입자들의 손실로서, 전자 손실이 있습니다. 3번인데, 이를 이해하려면 열운동 입자들이 벽과 출돌할 때 에너지 손실을 공부하면 좋습니다. 공기 입자가 벽에 전달하는 에너지를 계산해 보면 이해가 될 것입니다. 플라즈마 경계면에 형성되는 쉬스 현상은 플라즈마-재료와의 모든 경계에서 형성되고 다양한 조건에서 그 특성이 다르게 됩니다. 본 게시판에 해당 내용들을 찾아 보시면 좋을 것 같군요.
따라서 에너지 손실이 공간과 가장자리 (경계면)에서 이뤄지는 총량은 입력 전력과 균형을 가졌다고 가정한 식입니다. 또한 입자 균형식과 연립해서 현상 해석에 활용하셔여 보다 현상에 가까운 해석이 가능합니다. 참고하시기 바랍니다.