Plasma - 플라즈마 기초 -3

플라즈마 내 하전입자의 운동

🔋 전기장과 자기장에서의 입자 운동

• 외부 전기장과 공간전하 전기장이 존재 시, 입자는 충돌 사이 주기 동안 가속됨
• 충돌을 반복하면서 입자는 방향성을 띠고 무질서 운동 속도 증가 → 플라즈마 가열
• 전자 > 이온 > 중성입자 순으로 충돌빈도 높음 → 전자가 가장 많이 가열됨

🌀 자기장에서의 입자 운동

• 자기장 수직면에서 하전입자는 선회 운동
• 자기장과 전기장이 불균일한 경우, 입자는 수직 방향으로 변위 → 드리프트 발생
• 선회 반경: Larmor Radius
• 선회 주파수: Cyclotron Frequency
• 변위 운동: Drift Motion

플라즈마 관련 핵심 용어

🔑 주요 전위 관련

• Floating Potential (Vf): 탐침에 흐르는 전류가 0일 때의 전압
• Plasma Potential (Vp): 벽과 플라즈마 사이의 전위차
• Sheath: 벽 근처에서 형성되는 전위차 영역. 전자는 반발, 이온은 가속됨

🧪 입자 종류 및 역할

• Radical: 전기적으로 중성이나 높은 반응성 가짐. 대부분의 표면 반응 유도
• Ion: 양전하. 스퍼터링 및 식각 반응 주체
• 전자: 음전하, 경량. 해리/재결합 소스. 이온보다 빠르게 이동

📉 운동 특성

• 전기장: 입자 가속/감속
• 자기장: 입자 회전운동 (Larmor Orbit)

📈 Paschen Curve

Breakdown 전압은 가스압 × 거리의 함수로 표현. 특정 조건에서 방전 개시되는 임계 전압을 나타냄.

🔌 DC Negative Self-Bias

• RF 전압 인가 시, 전극에 음의 DC offset 형성
• 이유: 전자가 이온보다 빠르게 반응해 먼저 충돌 → 음전하 축적
• 입자 유입 균형 시점에서 음의 Self-Bias 형성

📏 Skin Depth

고주파 전류가 플라즈마 표면 가까이에만 흐르는 현상. 밀도에 따라 달라짐.

📐 Debye Length

외부 전하가 플라즈마 내에서 전하 분리를 일으키는 범위.
외부 전계를 차폐하는 공간 반경. 구면이면 Debye Radius로 표현.

요약

• 플라즈마 내 입자는 전기장에 의해 가속, 자기장에 의해 선회
• Larmor 반경, Cyclotron 주파수, Drift 운동 개념 존재
• 플라즈마는 다양한 입자(전자, 이온, Radical)로 구성
• Sheath, Floating Potential, Self-Bias 등은 공정에 큰 영향
• Debye Length는 차폐의 기준이 되는 공간 척도