플라즈마의이해와응용 한양대학교전기공학과 정진욱 Plasma Electronics Lab Hanyang University, SEOUL, KOREA
물질의상태 원자의구조 물질의상태
원자론의역사 고대그리스 데모크리토스 19세기초 돌턴 아인슈타인 1905년 볼츠만 http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=133 아인슈타인
기체의분자 / 원자모형 숨쉬는공기는질소, 산소로이루어짐 항상움직이고있음.
4 th State of Matter 우주의 99 % 물질은플라즈마상태
Plasma in Nature 번개와벼락번개의종류 뇌운과뇌운사이로방전 뇌운에서공기로방전 뇌운안에서방전 뇌운에서지상으로방전 지상에서뇌운으로방전 벼락 ( 낙뢰, 수십만 V, 수만 A) 한번으로끝나지않음 20ms에서 300ms 간격으로연속발생 번개의온도 2 만도, 플라즈마상태, 천연비료생성
Plasma in Nature 지구전리층 지구자기권과오로라
Plasma in Nature 지구전리층 전리층에서의전자파의반사 반사주파수는전리층에서의전자밀도에관계됨. 델린저현상 태양풍에의해전자파가반사되지않아단파통신이불통
Plasma in Nature 지구전리층 지구대기구조와휘슬러현상 번개에의한전자기충격이전리층에도달하여지구자기력선을따라지구반대쪽으로전달되는현상 휘파람소리와유사
History of Plasma Plasma 발견의역사 최초의 plasma 발생실험 : Faraday 1835 4th state of matter : Crookes 1879 최초의명명자 : Langmuir 1928 Plasma oscillation 발견 : Langmuir 1929 Plasma의어원 ( 고대그리스어 : (a thing formed or molded) 생물학 : 1893년 Purkynie, proto-plasma( 원형질 ) 의학 : plasma ( 혈장, 림프액 ) 물리학 : 1928년 Langmuir plasma
Classification of Plasma 이온화정도에따른플라즈마들 Weakly(partially) ionized(process plasma) Highly(fully) ionized plasmas(fusion plasma) 이온온도에따른플라즈마들 Low temperature plasma (cold plasma) High temperature plasma(fusion) 용도에따른플라즈마 Process (RF, ECR, ICP, Helicon,...) Fusion (Tokamak, Tandem mirror,...) 평형정도에따른플라즈마 Non LTE cold plasma Local Thermal Equilibrium - thermal plasma Complete Thermal Equilibrium stars
Classification of Plasma
Plasma Generation Neutrals (radical) Electric field (DC, RF, ) + Positive ion electron Hot electron Neutral Electrons Electron Heating Ionization Plasma = electrons + ions + neutrals (ground + excited)
Plasma Applications
Plasma Applications http://www.youtube.com/watch?v=gig6pwwezeu
Plasma Applications Tokamak (Fusion)
Plasma Applications Tokamak (Fusion) The main plasma current is induced in the plasma by the action of a large transformer
Plasma Applications Tokamak (Fusion) D-T reaction H + H 3 2 4 2 1 1 2 1 He + n + 17.6MeV KSTAR: Korea Superconducting Tokamak Advanced Research
Plasma Applications Tokamak (Fusion) Getting close to fusion
Plasma Applications 행성탐사추진체 로켓의원리 로켓속도는뿜어주는가스속도와양 플라즈마추진체 100배의분출속도 오랜기간가속 화성까지약 50일 http://www.youtube.com/watch?v=gig6pwwezeu
Plasma Applications 행성탐사추진체 화성탐사 큐리아서티 (Curiosity) http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?media_id=146903741 유인화성탐사계획 (2030) 총비용 : 35 조원
Plasma Applications 반도체공정 Plasma Etching EXTRAORDINARY CAPABILITIES!! Core i7 Sandy Bridge Feature size ~ 32nm! Core i7 Ivy Bridge (2012) Feature size ~ 22nm!!!
모바일시대 Micro Electronics Chips Application Processor A5, 엑시노스 CPU Intel i7 Memory RAM, Flash 초미세가공기술 ( 플라즈마 )!!
Plasma Applications 반도체제조공정 4 학년 1 학기 플라즈마전자공학 (Source: Applied Materials) Type Year Number Pentium III 1999 24,000,000 (240M) 2 nd Core I 7 2011 2,200,000,000 (2.2B) Number of TR: 2.2B
Plasma Applications 반도체식각공정 다뉴세문경 ( 多紐細紋鏡 ). 국보 141 호초기철기시대의청동거울 0.3mm 간격으로 13.000 개의가는선
Plasma Applications 반도체식각공정 Etch Processes
Plasma Applications 반도체식각공정 What is plasma etching? Another example : S i + 4F SiF 4
Plasma Applications 반도체식각공정 Example of ion-assisted etching
Plasma Applications 반도체식각공정 식각장비
Plasma Applications 반도체식각공정 Etch Gallery
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