안녕하세요, 송송입니다. 어쩌다 보니 플라즈마에 관한 이야기를 많이 하게 되네요. 이번 시간에도 플라즈마에 관한 지식들을 함께 배워보겠습니다.
그럼 시작하시죠~
1. 플라즈마 전위 : 전자, 이온, 라디칼, 중성원자로 구성된 플라즈마 갖는 전위를 뜻함
- 플라즈마 내에는 전자, 이온, 라디칼, 중성원자 등으로 이루어져있다고 했습니다. 이 들은 각자 갖는 전위가 있겠죠.
- 우리는 어떠한 공간속에 전자가 몇개있고, 이온이 몇개있다. 이렇게 말할 수 없습니다. 양자역학 아시죠? 양자역학에서는 매우 간단하게 정의합니다. 저기엔 전자가 2개있어! 가 아닌 저기엔 전자가 2개 있을 확률이 ~~%가 있지 큼!
이렇게 플라즈마 내 전자, 이온, 중성원자도 마찬가지로 기판에 도달하는 Flux가 확률상으로 나타낼 수 있습니다.
플라즈마내에서 전자 밀도와 이온의 밀도는 같지만, 전자 및 이온의 평균 속도는 다릅니다.
플라즈마 내부에 전기적으로 고립된 기판이 존재하게 된다면, 평균 속도가 월등히 빠른 전자에 의해 기판은 (-) 전위를 갖게 됩니다.
이러한 이유로, 플라즈마는 주변의 어떤 전극보다 더 높은 양의 전위를 갖게 되는데요, 이때 플라즈마가 갖는 전위를 플라즈마 전위라고 부릅니다.
2. 플로팅 전위
- 방금 말씀드린 것 처럼 전자의 속도가 이온에 속도에 비해 빠르기 때문에 기판은 (-) charging이 된다 했죠?
그럼 플라즈마 내에서는 어떤 일이 벌어질까요?
→ (-) 전하로 축적되었으니, 같은 극의 전자는 밀어내고, 이온을 끌어당기겠죠?
이온이 더 많이 당겨져오니까 기판으로 입사하는 전자와 이온의 플럭스가 당연히 달라지게 되는겁니다. @ 기판과의 전기적 반발력이 작용하기 때문이지요..
이러한 현상은 결국 전자 밀도와 이온 밀도가 같아질때 까지 유지됩니다. 왜 같아지는 지점이 생길까요?
- 더 많은 (-) charging은 더 많은 (+)를 끌어 당기기 때문에 결국은 평형상태가 되는 지점이 생깁니다.
▶ 딱 이 평형이 되는 상태에서 물체가 갖는 전위를 플로팅 전위라고 합니다.
뿐만 아니라, 고립된 전극과 플라즈마 사이에는 쉬쓰(Sheath)라는 어두운 공간(dark space)가 형성됩니다.
이때의 전위는 플라즈마 전위 Vp - Vf가 되겠죠.
계속해서 말씀드리지만, 기판엔 (-) charging이 되어 있으니, 쉬쓰 영역에서 전자와 이온이 각각 받는 에너지가 다를것입니다.
왜냐..?? 반복학습으로 이젠 본능적으로 튀어나오겠죠? (-) charging이니 당연히 전자보다 이온이 더 잘 당겨질테니까요!
저번 시간에서 쉬쓰를 잠깐 설명했습니다. 다시 한번 짚고 넘어갈게요 @ 복습만이 살 길이다.
3. 쉬쓰(Sheath) : 플라즈마와 기판간의 경계지역 즉, 플라즈마와 기판을 분리하는 지역
쉬쓰 영역은 플라즈마 내에 생기는 아주 자연스러운 현상입니다. 전자와 이온의 자연 섭리대로 흘러가니 생기는 것이죠.
쉬쓰 영역에서는 이온이 가속할 수 있는 영역으로 보통 플라즈마 식각 공정에서 물리적 식각에 영향을 주는 방식을 사용합니다. → bias power를 조절하여 기판에 입사하는 이온 충격 정도를 컨트롤한다.
4. 쉬쓰 천이지역(Quasi-Neutral Transition Region)
- 플라즈마와 쉬쓰 사이에 또 하나의 경계지역이 존재합니다.
- 플라즈마보다는 작은 이온밀도(전자밀도)를 갖지만, 같은 밀도 상태를 유지하는 지역입니다.
* 간단히 말해서 플라즈마 지역보다 존재하는 이온과 전자의 수가 적지만 이 둘의 밀도가 평형상태를 유지하는 지역이라고 생각하면 됩니다.
쉬쓰 천이지역은 쉬쓰로 들어오는 이온의 속도를 플라즈마 내 랜덤 이온의 평균 속도보다 크게해주는 역할을 합니다.
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플라즈마 내 일어나는 모든 현상은 거의 전자와 이온에 의해서 생기는 것입니다. 그것도 전자가 이온보다 더 가볍기 때문에 이동속도가 빠르고 이로 인해 발생하는 현상이 대부분이죠.
이 원리만 알고 계신다면 어렵지 않게 충분히 이해하실거라 생각합니다.
다음 포스팅은 이 시간에 못한 다바이 쉴딩 / 디바이 길이 / 플라즈마 진동 / 이극성 확산에 대해 알아보겠습니다.