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대기압 플라즈마 (Atmospheric Pressure Plasma)는 기존의 진공시스템(Vacuum System)이 필요치 않으며 1 atm(760 torr)에서 반응 챔버 없이

기존 생산라인에 직접 적용이 가능하여 연속적인 공정으로 처리가 가능하다.

DBD (dielectric barrier discharge) 기술을 이용하여 고전압과 접지 전극사이에 유전체 물질을 삽입하고, 고전압 전극에 AC 전압을 인가하면 전자들이 두 전극사이의 전기장 영역에서 가속되어 주입된 가스를 이온화 시켜 안정된 플라즈마를 발생시킨다. 이렇게 형성된 플라즈마는 이온, 전자 뿐만 아니라 고밀도의 활성화된 라디칼 등으로 이루어져있어 반응성이 매우 높아 다른 분자와 쉽게 반응하므로 유기 오염물의 세정 및 표면개질 등의 공정에 유용하게 사용된다

 

 

 Plasma는 19C 생물학이나 의학에서 먼저 통용되던

 말이었다.

 생물학에서는 플라즈마란 단어가 "원형질, 특히 그

 속에서 생명활동의 무대가 되는 반유 동성인 세포질"

 을 가리켰다.

 의학에서는 혈장이나 림프액을 Plasma라고 지칭하

 였다.

 물리학에서 플라즈마가 처음 사용된 것은 1928년

 랭뮤어(Langmuir)가 사용한 말이었다.

 네온등의 빛을 내는 부분과 같은 진공 방전일 경우에

 방전 상태의 기체에 대하여 조사하여 보면, 전극으로

 부터 조금 떨어진 "양광주"라고 부르는 부분에서는

 전자와 이온이 거의 같은 밀도로 분포되어 있고, 모든 

 곳에서 전기적으로 중성이 되어 있어서 균질성이 아주

 잘 유지되어 있다. 이 특이한 기체에 대해 랭뮤어는  "Plasma"라고 이름을 붙였다.

 플라즈마의 정의는 말하자면 "양전기를 띤 입자와

 음전기를 띤 전자가 거의 같은 밀도이고, 따라서 전기적으로 거의 중성을 유지하여 분포해 있는 입자 집단"을 말한다

 

 

 

 (1) 1835년 패러데이 Faraday 

       방전관 내의 전리 기체가 보통의 기체와는 다른 특이한 성질을 가지고 있음.

       처음으로 실험실 내에서 만들어진, 수명이 길고 안정한 플라즈마 상태.

 

 (2) 1879년 크룩스 Crooks

       방전 기체가 아주 두드러진 성질을 지닌 새로운 상태인 것을 강조하여 이러한 기체 상태를 "제 4의 물질 상태" 라고 표현.

 

 (3) 1928년 랭뮤어

       플라즈마라고 명명.

 

 

 

 각 가정에서 조명등으로 사용하고 있는 형광등이나, 길거리에서 흔히 볼 수 있는 네온사인, 한 여름에 소나기가 쏟아지면서 자주

 발생하는 번갯불과 같은 것들이 플라즈마 상태이다. 또한 우주 전체 물질의 99.9%이상은 전리하여 플라즈마 상태로 되어 있다고

 추정되고 있다.

 태양으로부터 간혈적으로 쏟아져 오는 태양풍속에 플라즈마가 존재하고 별 내부나 그를 둘러싸고 있는 주변기체, 별 사이의 공간을

 메우고 있는 수소기제는 다 플라즈마 상태이기 때문이다. 그렇다면 지구는 어떠한가? 지구는 식어버린 행성이다. 따라서 물질의

 밀도가 크고, 강한 결합 상태로 존재하고, 플라즈마 상태를 실현시키기 위해선 매우 큰 에너지가 필요하기 때문에, 플라즈마 상태에

 있지 않다.

 

 

 

 (1) 플라즈마의 진동

      플라즈마 진동수는 플라즈마 상태에 따라 특유한 값을 가진다.

     <플라즈마 진동이 일어나는 원인>

      플라즈마가 전기적 중성을 유지하려는 강한 경향이 있기 때문에 생긴다.

      플라즈마 속에서 한 번 전하의 불균일이 생기면 전자는 중성을 되찾으려는 운동을 일으킨다. 이 때 전자의    가속도가 너무 크기

      때문에 중성 위치로부터 더 지나쳐 가서 다시 불균일이 생긴다. 여기서 다시 중성을 되찾으려고 하여, 전자는 되돌아가는 방향

      으로 운동을 일으킨다. 이 같은 일을 반복함으로써 진동이 일어난다.

 

 (2) 플라즈마의 중성

      전자와 이온을 거의 같은 밀도로 포함하고 있고, 어떤 곳에서나 거의 전기적인 중성이 보존되어 있어서 균일성이 유지된다.

     <플라즈마의 중성 원인>

      비전하가 큼으로 인해 전기장의 영향을 쉽게 받기 때문이다.

      플라즈마 속에서 조금이라도 전하 밀도가 균일하지 않은 곳이 있어서 전기장이 발생하면 전자는 상당한 전기량을 지니고 있기

      때문에 전기장으로부터 전기력을 받는다. 이 때 전자는 질량이 매우 작기 때문에 그 때 생기는 가속도는 매우 크게 되고, 전자는

      바로 양전하 영역으로 이동하여 전하는 보충하여 중성을 되찾으려고 한다.

 

 

 

 플라즈마는 수만도 정도의 온도와의 밀도를 갖는 저온 글로우 방전 플라즈마와 수천만도 이상의 온도와의 밀도를 갖는 초고온

 핵융합 플라즈마로 크게 구별할 수 있다. 이 중 공업적으로 이용이 활발한 플라즈마는 저온 글로우 방전 플라즈마로서 반도체 공정

 에서 플라즈마 식각(Plasma Etch) 및 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 금속이나 고분자의 표면처리,

 신물질의 합성 등에서 이용되고 있으며, 공정의 미세화, 저온화의 필요성 때문에 플라즈마 공정이 종래의 공정을 대체하고 있으며,

 경우에 따라서는 플라즈마만이 제공할 수 있는 물질이나 환경을 이용하기 위한 응용분야가 점점 더 확대되고 있다.

 

 (1) 신소재 합성

      종래의 초고압, 고온에서 얻어지던 인조 다이아몬드가 플라즈마를 이용한 기상 증착법에 의해, 특히 박막 형태로 얻어지고 있으며,       이종 기판상 단결정 다이아몬드 성장이 가능해질 경우 극한 상황에서도 동작하는 반도체 소자나 청색 발광 다이아몬드 등과 같은

      획기적인 이용분야가 전개될 전망이다.

 

 (2) 고분자의 표면처리

      고분자 재료의 소수성, 친수성, 염색성, 접착성 등을 개선하여 이들에 의해 만들어지는 섬유나 재료의 기능을 향상시킬 수 있다.

 

 (3) 금속 표면처리

      금속표면에 TiN/C, CrN/C, AlN 등과 같은 초경 피막을 코팅함으로써 표면의 내마모, 내부식 성질을 개선할 수 있다. 플라즈마를

      이용한 증착법을 쓸 경우 부착력이 좋고, 증착 온도가 낮아질 수 있어서, 종래의 방법에서와 같이 증착시 기판의 고온 가열이 필요

      하여 이에 수반되는 모재의 변형, 변성을 줄일 수 있는 등의 장점이 있기 때문에 플라즈마를 이용한 초경피막 기술 등이 산업체에서       쓰여지기 시작하고 있다.

 

 (4) 환경 정화

      전자빔이나 글로 방전 플라즈마를 이용하여 공장의 배기가스 중 NOx, SOx를 제거하는 건식 처리기술은 환경분야에서도 플라즈마가       중요히 쓰여짐을 보여준다.

 

 (5) 전망

      이 밖에 최근에는 차세대 고선명 텔레비젼에서 요구되는 대화면(50인치)평판 표시장치의 하나인 플라즈마 표시장치(Plasma

      Display Panel)에 대한 연구가 수행되고 있고, 장기적으로는 21세기에 들어 요구되는 에너지, 신재료, 반도체 소자 제조, 환경분야

      등에서 플라즈마의 이용이 점점 더 늘어날 전망으로 있으며, 이에 따라 다양한 플라즈마의 생성 및 제어, 측정 기술, 플라즈마의

      물성을 측정하는 플라즈마 진단법이 개발이 이루어질 것으로 전망된다.