Sheath 쉬스(sheath)에서 전자와 이온의 감소 관련하여 질문
2020.05.06 19:33
안녕하세요.
대학원에서 플라즈마에 대해 공부하고 있습니다.
플라즈마 생성 후 절연체를 넣고 쉬스가 생성된 후에
플라즈마에서 기판으로 갈 때 전자는 지수적으로, 이온은 선형적으로 감소한다고 하는데
그 이유가 궁금합니다.
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좋은 질문입니다. Floating sheath의 형성과정에 답이 있군요. 쉬스 공부를 해 보시고, 참고로 전자는 지수적의 의미는 Boltzmann relation의 해석인 것 같은데, 그 의미는 밀도 차이가 생기면 그 차이만큼 에너지 차이 (potential) 형성이 된다는 의미이며, 이온이 선형적으로 변한다믄 의미는 쉬스 내에서 충돌이 거의 없어 공간에 형성되는 전위 차이 만큼의 이온들이 운동을 한다는 의미입니다. 쉬스 공부에 참고가 될 것입니다.
타킷(삽입부도체)에는 전류 값이 = 0 이므로 (전류가 흐르지 않으니) 플라즈마 특성 상 전자 전류 밀도=이온전류 밀도가 되는 조건 (이온은 지속적으로 가속되면서)이 되는 표면 전위 (하전입자 ( 이경우 전자들)이 충전되면서 (방전시까지) 표면 전위 유지)와멀리 떨어져 있는 플라즈마 공간 전위와 차이를 가지는 쉬스가 형성됩니다.
(추가로, 쉬스 경계 조건, 이온속도=Bohm 속도=sqrt(Te/M)과 쉬스 경계까지 공간 플라즈마가 확산하고 있으므로, 경계에서의 플라즈마(이온) 밀도는 Boltzmann relation에 의거해서 n(s)=n(공간/중심)exp(-1/2)의 값을 가집니다. (하지만 이는 확산 특성에 따라 변하니 신중할 필요있음) 따라서 쉬스 경계에서 입사하는 이온속=n(중심)exp(-1/2) x Bohm 속도로 전류 밀도를 추적할 수가 있고, 이는 공정률 (rate)에 기여합니다. 여기에 쉬스 에너지를 곱하면 이온이 전달하는 에너지 속의 크기도 예상되며, 플라즈마-표면 반응의 해석 인자로 활용할 수가 있습니다.