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지식나눔

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플라즈마 쉬스현상

2008-06-02 org.kosen.entty.User@6886bf55 정종국(zzang036)
  • 2
스터링시 발생하는 플라즈마 쉬스 현상에 대한 궁금한 사항이 있어 글을 올립니다. 스퍼터링시 발생되는 플라즈마 쉬스 영역에 정확한 개념과 플라즈마 이온화 밀도 증가와 쉬스 영역에 상관 관계 또한, 쉬스 영역을 제어 할 수 있는 공정변수들에 대해서 자세히 알고 싶습니다.
  • 스퍼터링
  • 플라즈마
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  • 답변

    고상운님의 답변

    2008-06-03
    • 0
    >스터링시 발생하는 플라즈마 쉬스 현상에 대한 궁금한 사항이 있어 글을 올립니다. > >스퍼터링시 발생되는 플라즈마 쉬스 영역에 정확한 개념과 > >플라즈마 이온화 밀도 증가와 쉬스 영역에 상관 관계 > >또한, 쉬스 영역을 제어 할 수 있는 공정변수들에 대해서 자세히 알고 싶습니다. > > 한 쌍의 전도성 전극(Conducting Electrodes)을 가진 Chamber 내부에 수 mT에서 수백 mT 정도의 압력을 가진 가스를 넣고, 두 전극 사이에 낮은 전압을 인가한 후 서서히 전압을 상승시키면, 갑자기 큰 전류가 흘러 Chamber 내부는 관벽 및 전극 부근을 제외한 모든 영역에서 발광한다. 이 현상을 기체 방전(GasDischarge)이라 한다. 발광 영역에서 가스는 이온화되어 전자 및 이온의 밀도는 방전이 일어나기 전보다 비약적으로 증가된다. 여기서 방전이라고 하는 것은 원자 혹은 분자를 구성하는 전자가 외부로부터 에너지를 얻어, 원자나 분자의 속박에서 벗어나 자유전자가 되는 것을 의미한다. 즉, 이온화에 의해 원자와 분자는 정이온과 전자로 되며, 이온화된 기체를 전리기체라고 한다. 발광 영역에 있는 이온화된 가스의 하전입자 밀도는 상당히 크며(형광등에서21011/cm3 정도), 전체적으로 전기적 중성을 유지한다. 플라즈마내에서는 전자의 평균밀도와 이온의 평균밀도가 동일한데(중성입자의 밀도는 이들보다 훨씬 크다). 이것을 플라즈마 밀도(Plasma Density)라고 한다. 또한, 플라즈마의 주위에는 얇은 층의 발광하지 않는 영역이 존재하며, 마치 플라즈마를 감싸고 있는 것처럼 보인다. 이 영역을 Sheath라고 한다. Sheath는 전자가 고갈되어 있어서 전자에 의한 이온화가 거의 발생하지 않는다. 따라서 하전 입자의 밀도는 적으며 전기적으로 중성이 아니고 Glow도 관찰되지 않는다. Sheath는 음극에만 형성되는 것이 아니라 플라즈마에 노출되는 양극, 전도체 절연체 등 모든 접촉물에 형성된다 -Gas Discharge and Plasma 중에서-
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    >스터링시 발생하는 플라즈마 쉬스 현상에 대한 궁금한 사항이 있어 글을 올립니다. > >스퍼터링시 발생되는 플라즈마 쉬스 영역에 정확한 개념과 > >플라즈마 이온화 밀도 증가와 쉬스 영역에 상관 관계 > >또한, 쉬스 영역을 제어 할 수 있는 공정변수들에 대해서 자세히 알고 싶습니다. > > 한 쌍의 전도성 전극(Conducting Electrodes)을 가진 Chamber 내부에 수 mT에서 수백 mT 정도의 압력을 가진 가스를 넣고, 두 전극 사이에 낮은 전압을 인가한 후 서서히 전압을 상승시키면, 갑자기 큰 전류가 흘러 Chamber 내부는 관벽 및 전극 부근을 제외한 모든 영역에서 발광한다. 이 현상을 기체 방전(GasDischarge)이라 한다. 발광 영역에서 가스는 이온화되어 전자 및 이온의 밀도는 방전이 일어나기 전보다 비약적으로 증가된다. 여기서 방전이라고 하는 것은 원자 혹은 분자를 구성하는 전자가 외부로부터 에너지를 얻어, 원자나 분자의 속박에서 벗어나 자유전자가 되는 것을 의미한다. 즉, 이온화에 의해 원자와 분자는 정이온과 전자로 되며, 이온화된 기체를 전리기체라고 한다. 발광 영역에 있는 이온화된 가스의 하전입자 밀도는 상당히 크며(형광등에서21011/cm3 정도), 전체적으로 전기적 중성을 유지한다. 플라즈마내에서는 전자의 평균밀도와 이온의 평균밀도가 동일한데(중성입자의 밀도는 이들보다 훨씬 크다). 이것을 플라즈마 밀도(Plasma Density)라고 한다. 또한, 플라즈마의 주위에는 얇은 층의 발광하지 않는 영역이 존재하며, 마치 플라즈마를 감싸고 있는 것처럼 보인다. 이 영역을 Sheath라고 한다. Sheath는 전자가 고갈되어 있어서 전자에 의한 이온화가 거의 발생하지 않는다. 따라서 하전 입자의 밀도는 적으며 전기적으로 중성이 아니고 Glow도 관찰되지 않는다. Sheath는 음극에만 형성되는 것이 아니라 플라즈마에 노출되는 양극, 전도체 절연체 등 모든 접촉물에 형성된다 -Gas Discharge and Plasma 중에서-
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  • 답변

    인정환님의 답변

    2009-03-06
    • 0
    >스터링시 발생하는 플라즈마 쉬스 현상에 대한 궁금한 사항이 있어 글을 올립니다.>>스퍼터링시 발생되는 플라즈마 쉬스 영역에 정확한 개념과>>플라즈마 이온화 밀도 증가와 쉬스 영역에 상관 관계>>또한, 쉬스 영역을 제어 할 수 있는 공정변수들에 대해서 자세히 알고 싶습니다. 쉬스는 이온과 전자의 질량차이와 에너지 차이에 따른 속도차에 의하여 생깁니다. 일반적인 저온 저압 플라즈마에서 이온의 온도는 대략 0.1 eV ( ~ 1000 K)정도이고 전자의 온도는 수 eV 입니다. 그리고 이온의 질량은 Ar의 경우에 전자보다 약 80000배가 무겁습니다. 그래서 이온의 속도는 전자보다 매우 느립니다. 안정한 상태의 플라즈마에서는 플라즈마로 들어오고 나가는 전자 수와와 이온의 수가 같아야 합니다. 예를 들어서 플라즈마에서 1 Q의 전자가 벽으로 빠져나가면 똑같이 1 Q의 이온이 밖으로 빠져나가야 합니다. 이러한 출입하는 이온과 전자의 수를 맞추기 위해서 챔버 벽이나 electrode 표면의 전위보다 플라즈마의 전위가 높아지게 되어서 전자의 빠른 탈출을 막습니다. 이때 플라즈마와 벽 사이에 쉬스라는 중성이 아닌 영역이 생기게 됩니다. 쉬스의 길이는 플라즈마 밀도가 높을 수록 짧습니다. 그리고 bias가 걸린 electrode의 경우에 bias 전압이 높을수록 쉬스 길이가 길어집니다. 그리고 자기장도 쉬스 길이에 영향을 줍니다. 표면과 평행한 자기장이 있는 경우 쉬스길이가 짧아집니다. 또한 전자온도가 높아질수록 쉬스가 길어집니다.
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    >스터링시 발생하는 플라즈마 쉬스 현상에 대한 궁금한 사항이 있어 글을 올립니다.>>스퍼터링시 발생되는 플라즈마 쉬스 영역에 정확한 개념과>>플라즈마 이온화 밀도 증가와 쉬스 영역에 상관 관계>>또한, 쉬스 영역을 제어 할 수 있는 공정변수들에 대해서 자세히 알고 싶습니다. 쉬스는 이온과 전자의 질량차이와 에너지 차이에 따른 속도차에 의하여 생깁니다. 일반적인 저온 저압 플라즈마에서 이온의 온도는 대략 0.1 eV ( ~ 1000 K)정도이고 전자의 온도는 수 eV 입니다. 그리고 이온의 질량은 Ar의 경우에 전자보다 약 80000배가 무겁습니다. 그래서 이온의 속도는 전자보다 매우 느립니다. 안정한 상태의 플라즈마에서는 플라즈마로 들어오고 나가는 전자 수와와 이온의 수가 같아야 합니다. 예를 들어서 플라즈마에서 1 Q의 전자가 벽으로 빠져나가면 똑같이 1 Q의 이온이 밖으로 빠져나가야 합니다. 이러한 출입하는 이온과 전자의 수를 맞추기 위해서 챔버 벽이나 electrode 표면의 전위보다 플라즈마의 전위가 높아지게 되어서 전자의 빠른 탈출을 막습니다. 이때 플라즈마와 벽 사이에 쉬스라는 중성이 아닌 영역이 생기게 됩니다. 쉬스의 길이는 플라즈마 밀도가 높을 수록 짧습니다. 그리고 bias가 걸린 electrode의 경우에 bias 전압이 높을수록 쉬스 길이가 길어집니다. 그리고 자기장도 쉬스 길이에 영향을 줍니다. 표면과 평행한 자기장이 있는 경우 쉬스길이가 짧아집니다. 또한 전자온도가 높아질수록 쉬스가 길어집니다.
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