안녕하세요, 송송입니다. 식각 공정에 연장선으로 계속하여 플라즈마에 관해 설명하고 있습니다. 왜 이렇게 플라즈마로 질질 끄느냐? 그만큼 정말 이 분야에서 중요한 것이기 떄문입니다.
플라즈마에 관한 지식을 갖추고 있어야 공정 엔지니어로써의 자질이 생기는 것입니다. 한마디로, 어떤 이슈가 생겼을 떄 어떻게 대처할 수 있는지를 보려면 기본적 지식과 경험이 바탕되어야합니다. 경험은 직장에 가서 해보시구 지식은 지금 쌓아보자구요.
그럼 시작합니다.
▶ 플라즈마 내에서 발생하는 현상들은 전자, 이온, 원자, 그리고 분자간 충돌 현상에 의해 생깁니다
.... 충돌이라.... 충돌도 탄성 충돌(Elastic collisions)와 비탄성 충돌(Inelastic collisions)가 있습니다.
1) 탄성 충돌 : 입사하는 입자가 다른 입자에 충돌시에 운동에너지만 전달
2) 비탄성 충돌 : 충돌시에 운동에너지와 내부 에너지 변화를 준다
이는 서로 다른 질량을 가진 mi와 mt이 있고 충돌한다고 가정해보자.
이때, 입자 mi의 에너지를 Ei, 입자 mt의 에너지를 Et라 할때, 이 에너지의 비율을 에너지 전이율이라고 합니다.
여기서 입사하는 각이 0º, 90º 일때, Cosθ가 1이 되는데, 이 떄의 값을 전이함수라고 합니다.
즉, 두 입자의 질량이 서로 아주 크게 다를 떄, 탄성 에너지의 전달이 거의 0에 가깝다.
따라서 전자 << 이온 ≡ 중성원소
전자는 이온 또는 중성원소와 충돌시 에너지 변화가 없고
이온과 중성원소간의 충돌시 거의 1에 해당한다.
비탄성 충돌의 경우 식은 아래와 같다
복잡하다.. 간단히 여기서 알 수 있는것 !!
- 이온 : 이온은 중성원자와 탄성 충돌을 하여 대부분의 에너지를 운동에너지로 전달한다.
즉, 에너지를 축적하지 못하고 원자의 충돌에 의해 힘을 다 써버린다.
이온의 경우 Bias power에 의해 움직인다.
- 전자 : 탄성에너진는 거의 전달 못하고 보존한다. → 원자의 이온화와 분해 등의 비탄성 충돌에 에너지를 소모한다,
즉, 전자는 외부 전기장으로 가속 및 축적하다 원자으 ㅣ이온화와 분해에 힘을 사용한다.
전자의 경우 Source power에 영향을 받아 에너지를 얻는다.
▶ 플라즈마 내 주요 충돌 현상
플라즈마 내에서 가장 중요한 충돌 현상은 전자와의 충돌 현상이다.
- 전기장에 의해 가속된 전자는 운동에너지를 잃게 되는데, 이것이 이온화 에너지보다 크면 원자의 이온화가 가능하다.
- 이온화로 추가 전자가 발생하면 지속적인 전자 증식으로 플라즈마가 유지된다.
▶ 여기(Excitation)
전자가 원자와 충돌 시 이온화를 일으키지 않고 원자 내 전자의 궤도를 기저상태보다 높은 어네지 상태로 올려놓는 상태이다.
* 간단히 → 전자가 원자랑 딱 충돌했는데... 이놈이 힘이 딸려서 이온화는 못시켰어. 근데 원자가 아파하면서 원자 내 전자 궤도를 한 단계 올려버린것이다. 힘이 부족했지만, 뭔가 해냈다..
▶ 이완(Relaxation)
전자의 충돌에 의해 원자나 분자가 여기되면 그 상태는 불안전하여 다시 원래 상태로 돌아가게 된다.
이때, 여기상태에서 기저상태로 돌아가면서 두 원자각 간의 에너지 차이 만큼 광자(빛)으로 방출하게 된다.
우린 여기서 방출한 빛 덕분에 플라즈마 방전시 플라즈마를 육안으로 볼 수 있는 것이다.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
플라즈마를 구성하는 입자들의 이야기를 좀 다뤄보았다. 뭐 다들 아시겠지만, 플라즈마는 전자가 가속되어 원자와 충돌하여 이온시킨다, 이온화가 이루어지고 다시 자유전자를 형성하게 되고, 형성된 자유 전자는 다시 가속되어 이온화에 참여하게 된다. 이로써 플라즈마가 계속 유지될 수 있다.
그러나, 자세히 들여다보면 항상 전자가 이온화를 할 수 있지는 않다. 저번에도 설명했지만, 고밀도 플라즈마에 경우에도 실제 이온화되는 비율은 10-3 정도이다. 이온화 말고도 여기, 재결합, 분해, 광자 이온화 등 많은 현상이 플라즈마 내에서 발생하고 있다.
다음은 플라즈마 전위 / 플로팅 전위 / 디바이 쉴딩 / 디바이 길이 / 플라즈마 진동 / 이극성 확산에 대해 알아가 보도록 하겠다.
한번에 저 모든것을 설명하긴 어려울 듯 싶네요..
되는데 까지 해보겠습니다.