Langmuir Probe 탐침법

2004.06.19 16:06

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탐침법은 탐침에서 얻어지는 전류-전압곡선을 분석하여 플라즈마의 인자들을 관찰하는 방법입니다. 여기서 전압은 탐침에 인가되는 전압을 의미하며 전압이 인가되면 탐침에는 이온 혹은 전자들이 입사하여 이온/전자 전류가 흐르게 됩니다. 이상적으로 전자들이 맥스웰 분포를 하고 있다는 가정에서 전자의 온도, 이온/전자 밀도, 플라즈마 전위/부유 전위/전자-이온빔의 크기 및 에너지 등을 관찰 할 수가 있습니다. 지면으로 설명하기는 어렵고 전류-전압 곡선에 관한 해석은 맨 아래에 소개한 책을 참고하기 바랍니다. 탐침 자료 해석을 위해서는 수 작업을 해서 인자들을 하나씩 구해 보기를 적극 권합니다. 이 방법이 익숙해 진 후에 그때 해석 프로그램을 개발하거나 이용하는 편이 좋을 것입니다.

플라즈마를 진단하는 방법은 매우 다양합니다. 그중 플라즈마 내에 도체를 삽입하고 인가하는 전위의 변화에 따라 도체에 흐르는 전류를 얻어 전위 전류곡선으로부터 플라즈마의 특성을 진단하는 방법을 정전 탐칩법(Langmuir probe) 이라 합니다. 질문하신 단일 탐침과 이중 탐침은 그중 한가지로써 서로의 차이점은 다음과 같습니다.

단일탐침 : 탐침에 인가되는 전위 변화가 플라즈마 용기 혹은 접지를 기준으로 변화시킵니다.  즉, 기준전위가 용기나 지면의 접지전위가 되어 플라즈마 자신의 상대 전위차를 관찰할 수 있어 플라즈마 전위 측정이 가능합니다. 아울러 플라즈마의 부유전위(이온 및 전자 전류가 같은 크기인 전위), 이온 및 전자의 밀도, 전자 온도, EEDF(electron energy distribution function)등을 얻을 수 있고 제작이 비교적 간단하여 널리 사용되고 있습니다. 모든 일이 항상 쉬울 수만은 없듯이 제작이 간편한 반면 그 결과 해석에는 "매우 신중"을 기해야 합니다.

이중 탐침 : 단일 탐침의 특성을 많이 갖고 있으나 두 개의 탐침이 사용되고 그사이의 전위를  변화하면서 탐침간에 흐르는 전류를 측정하게 됩니다. 이 방법은 탐침들이 반응기 혹은 접지에 대해 부유되어 있어 전위변화는 상대 탐침간의 변화를 의미합니다. 따라서 플라즈마 전위를 얻을 수 없지만 이때 얻는 전류-전위곡선에서 플라즈마 온도를 직접 얻어낼 수 있는 장점이 있으며 부유된 탐침은 플라즈마의 변동에 민감하게 반응할 수 있어 플라즈마 변동에 따른 플라즈마 온도 측정에는 매우 유용한 탐침 방법입니다. 정전탐침 법에 관한 많은 발전이 계속되고 있고 많은 연구가 요구되고 있습니다. 탐침에 관심이 있으신 분들은 저희 학생들에게도 추천한 다음 논문을 참고하시기 바랍니다.

Orlando Auciello and daniel flamm ,"Plasma diagnostics" vol .1. 의 chapter 3, " how langmuir probe work" by Noah Hershkowitz( Academic press. 1989)

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