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헬리콘 플라즈마에서 이온 에너지 분포 및 플라즈마 전위에 관한 연구
김정형(Jung-Hyung Kim),서상훈(Sang-Hun Seo),장홍영(Hong-Young Chang) 한국진공학회(ASCT) 1995 Applied Science and Convergence Technology Vol.4 No.2
고밀도 helicon wave 플라즈마의 특성 및 이온 에너지 분포에 관하여 연구하였다. Helicon wave에 의하여 고밀도의 플라즈마를 형성시키는 helicon mode와 capacitive field가 지배적이어서 electrostatic 방전이 되어 저밀도의 플라즈마를 형성시키는 low mode가 존재하는 것을 관찰하였다. rf modulation된 플라즈마 전위가 이온 에너지 분석기를 통하여 얻어지는 이온 에너지 분포에 미치는 영향을 이론 및 실험적으로 관찰하였다. 이온 에너지 분포의 분석을 통하여 low mode에서는 플라즈마 전위가 rf 주파수로 V_(p-p)의 크기로 modulation되는 것을 확인하였다. Helicon mode에서는 inductive field가 capacitive field보다 우세하기 때문에 플라즈마 전위의 rf modulation은 일어나지 않았다. Characteristics of high density helicon wave plasma and ion energy distribution functions have been studied. There are a helicon mode which produces high density plasma by helicon wave and a low mode which produces low density plasma by capacitive electric field. We investigate theoretically and experimentally the influence of the rf modulated plasma potentials on the ion energy distribution functions monitored from the ion energy analyzer. We also investigate that the plasma potential is fluctuating with peak-to-peak voltage V_(p-p) in the low mode. The rf modulation to the plasma potential is weak in the helicon mode rather than in the inductive mode.
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배근희(Geun-Hee Bai),서상훈(Sang-Hun Seo),장홍영(Hong-Young Chang) 한국진공학회(ASCT) 1998 Applied Science and Convergence Technology Vol.7 No.3
안테나에 따른 플라즈마 밀도의 균일도 연구를 위해 병렬 안테나를 설계하고 이중 랑뮤어 탐침과 자기장 측정 탐침을 이용하여 각각의 플라즈마 밀도와 자기장의 세기를 측정하였다 . 나비형 안테나를 사용했을 때 플라즈마 밀도가 ~2×10¹¹ (㎝-³)로 다른 두 안테나를 사용했을 때보다 높았으며, 전자의 온도는 2 eV 이하로 동일한 조건에서의 나선형 안테나보다 낮게 나왔다. 또 전류의 방향이 서로 다른 두개의 안테나선이 가까이 있거나 안테나 성분끼리 양성 결합(positive coupling)을 하는 경우에는 동력 효율(power efficiency)이 매우 낮아졌다. Three different parallel antennas are designed to investigate plasma uniformity and magnetic field using a double Langmuir probe and a magnetic probe. Butterfly antenna has the highest density of -2×10¹¹ (㎝-³) among the three antennas and has electron temperature less than 2 eV, lower than the spiral antenna. It is found that the power efficiency becomes lower with spaced parallel antenna elements due to oppositely directed currents and positive coupling.
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윤석민(Seok-Min Yun),김정형(Jung-Hyung Kim),서상훈(Sang-Hun Seo),장홍영(Hong-Young Chang) 한국진공학회(ASCT) 1996 Applied Science and Convergence Technology Vol.5 No.1
7MH의 RF 주파수를 이용하여, 1 mTorr의 Ar 가스에서 발생시킨 헬리콘 플라즈마의 전기적 특성에 대하여 연구하였다. 자기장과 입력 전력을 바꾸어 가며 안테나의 전압과 전류 및 이 두 변수들간의 위상 차이를 측정하였으며, 동시에 전자 밀도를 측정하여 비교하였다. 이러한 값들로부터 플라즈마와 결합된 안테나의 저항(equivalent resistance), 리액턴스( equivalent reactance) 및 전력 효율을 계산하였다. 고밀도의 플라즈마를 형성하는 헬리콘 모드와 capacitive electric field에 의해서 낮은 밀도의 플라즈마를 형성시키는 low-mode가 존재함을 확인하였다. 헬리콘 모드의 경우 안테나의 전압과 전류 값이 low-mode에 비해 낮았다. 전압과 전류의 위상 차이가 low-mode에서 헬리콘 모드로 변할 때 갑자기 감소하였다. 이 때 플라즈마와 결합된 안테나의 저항과 전력 효율은 증가하였으며 리액턴스는 감소하였다. 이것은 low-mode에서 헬리콘 모드로 변할 때 안테나와 플라즈마와의 결합은 좋아지고 플라즈마로 입력되는 전력은 증가함을 의미한다. The external electrical characteristics of Helicon wave plasmas were measured over a wide range of RF power and magnetic field. External parameters, such as antenna voltage, current, phase shift, and internal parameter, electron density were measured at 7 MHz, 1 mTorr Ar discharge. The equivalent discharge resistance and reactance, and the power transfer efficiency were calculated through these measurements. There are a helicon mode which produces high density plasma by helicon wave and a low-mode which produces low density plasma by capacitive electric field. In case of the helicon mode, the antenna voltage and current were lower than those of the low-mode. The phase difference between voltage and current decreased suddenly at the transition point from the low-mode to the helicon mode. Equivalent resistance and power efficiency increased and reactance decreased suddenly at the transition point. These results mean that the power transferred to plasma and the mutual coupling between the antenna and plasma increase as the mode changes from the low-mode to the helicon mode.
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