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Ion/Electron Temperature

플라즈마내의 전자 속도 [Self bias]

Author
정용현
Date
2009-10-16
Views
24712

플라즈마 장비 내의 bias를 100W 정도 주었을 때, 전자의 속도를 알 수 있을까요?

Total 1
  • 2009-10-16 04:52
    - 질문은 오히려 이온의 속도, 혹은 이온의 에너지를 의미하는 것으로 보입니다. 참고로 전자의 속도는 플라즈마 온도로 부터 결정된다고 말할 수 있습니다. 즉, 열적 평형상태인 플라즈마 전자들의 열운동 속도를 전자 속도라 이야기 하기 때문입니다. 물론 전자의 속도는 굳이 고민할 필요없이 매우 빠른 속도입니다. 즉 초음속의 수백배라 보면 됩니다. 하지만 열 평형에서 이온의 속도는 초음속 정도라 보면 큰 무리가 없겠습니다. 하지만 속도는 매우 큰 수를 사용하고, 우리가 관심있는 것은 그 입자가 갖고 있는 에너지를 의미함으로 여기서는 전자온도(eV) 라는 단위를 많이 사용합니다. 즉, 전자의 경우 1-5eV 정도, 이온의 경우 전자의 1/10 혹은 1/100 크기이며 때론 실온 1/40 eV 값을 갖는다고 가정합니다. (이온의 열에너지를 측정하는 일이 쉽지 않네요).

    - 하지만 전자나 이온은 전기장에서 가속을 받아서 에너지를 높일 수 있습니다. 특히 시편 앞에서, 혹은 전극 앞에 형성되는 쉬스내에서 시편(전극)에 인가된 바이어스 전압에 의해 쉽게 가속되며 이때 운동에너지는 플라즈마 자체가 갖는 전위 (공간전위)에서 바이어스 전압을 뺀값으로 결정되고, 대부분의 바이어스 전압은 음으로 인가되어, 여기서의 전위차는 양의 값을 갖게되며, 대부분 이온의 운동에너지 값이 됩니다.

    - 바이어스 전력의 크기에 따라서 바이어스 전압은 비례하나 정확한 값은 장치와 가스종류, 바이어스 인가 주파수 등에 따라 변하는 값이니 시편 전위를 측정하여 위의 관계식을 이용해서 이온이 시편에 입사될 때의 에너지를 결정할 수 있습니다. (여기서 바이어스 전압은 자기전압강하, self bias라 하며 Q/A를 찾아보면 설명되어 있습니다.)

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