반도체 - 플라즈마(Plasma) 생성과 활용

 

플라즈마(Plasma)는 제4의 물질 상태라고 알려져 있는 물질의 형태입니다. 강력한 전기장 혹은 열원으로 가열되어 기체상태를 뛰어넘어 전자, 중성입자, 이온 등 입자들로 나누어진 상태입니다. 플라즈마의 생성은 가스 또는 가스 혼합물에 에너지를 공급하여 플라즈마라고 하는 고도로 이온화된 가스를 생성하는 프로세스입니다. 플라즈마를 생성하는 데 필요한 조건은 사용된 가스, 압력 및 사용된 에너지원 유형과 같은 다양한 요인에 따라 달라집니다. 플라즈마 생성에 일반적으로 필요한 몇 가지 주요 조건은 다음과 같습니다.

■ 플라즈마(Plasma) 생성 조건

가스(Gas): 플라즈마 생성에 사용되는 가스는 수소, 헬륨, 산소, 질소, 아르곤 또는 이들의 조합과 같이 이온화될 수 있는 가스 또는 가스 혼합물일 수 있습니다. 가스 선택은 특정 용도에 따라 다릅니다.

 

압력(Pressure): 플라즈마가 생성되는 압력은 사용된 가스와 원하는 플라즈마 특성에 따라 다릅니다. 일반적으로 플라즈마는 일반적으로 0.1 ~ 10 Torr 범위의 낮은 압력에서 생성됩니다.

 

에너지원(Energy source): 가스를 이온화하고 플라즈마를 생성하기 위해 에너지원이 필요합니다. 일반적인 에너지원에는 무선 주파수(RF) 필드, 마이크로파 필드, 직류(DC) 전기장 또는 교류(AC) 전기장이 포함됩니다.

 

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전원(Power): 플라즈마 발생 시스템에 공급되는 전원도 플라즈마 발생에 중요한 요소입니다. 필요한 전력은 사용된 가스, 압력 및 사용된 에너지원 유형에 따라 다릅니다.

 

전극 구성(Electrode Configuration): 플라즈마를 생성하는 데 사용되는 전극 구성은 응용 분야에 따라 다를 수 있습니다. 일반적인 구성에는 병렬 플레이트, 용량 결합, 유도 결합 및 헬리콘 소스가 포함됩니다.

 

온도(Temperature): 플라즈마의 온도는 사용된 가스, 압력 및 사용된 에너지원 유형에 따라 다릅니다. 플라즈마는 섭씨 수백에서 수만 도 범위의 온도에서 생성될 수 있습니다.

■ 플라즈마의 활용

플라즈마는 다양한 분야에서 응용 범위가 넓습니다. 핵융합 분야 때문에 플라즈마에 대한 관심이 커지게 되었지만 1970년대 이후 반도체 미세화를 견인하는데 플라즈마의 역할이 매우컸습니다. 현재 사용되는 스마트폰 등의 첨단 디지털기기의 핵심부품 제조공정의 90% 는 플라즈마를 이용한 식각 및 증착기술이 주를 이룹니다. 반면에 의외로 플라즈마를 이용한 물건들이 많습니다. 대표적으로 공기청정기, 플라즈마 장난감 등 여러 가지로 쓰이고 있습니다.

 

플라즈마 절단: 플라즈마는 금속 및 기타 전도성 물질을 절단하는 데 사용됩니다. 그것은 금속, 파이프 및 기타 재료의 절단 및 성형을 위해 제조 산업에서 사용됩니다.

 

플라즈마 용접: 플라즈마는 용접 및 납땜 목적으로 사용될 수 있습니다. 이 기술은 정확하고 깨끗한 용접 공정을 제공하며 다양한 금속에 사용할 수 있습니다.

 

 

플라즈마 처리: 플라즈마는 재료의 표면 개질 및 세척에 사용할 수 있습니다. 반도체 산업에서 마이크로 칩 및 전자 부품을 만드는 데 사용됩니다.

 

플라즈마 의학: 플라즈마는 상처 치유 및 암 치료와 같은 의학적 치료에 사용되었습니다. 혈장은 박테리아를 죽이고 상처 치유를 촉진할 수 있습니다.

 

플라즈마 가전: 네온사인, PDP모니터, 형광등 등도 모두 플라즈마를 이용하는 제품입니다. 플라즈마는 높은 에너지를 가지고 있기 때문에 주변의 산소와 반응해서 오존을 생성할 수 있습니다.

 

플라즈마 추진체: 플라즈마는 우주선을 추진하는 데 사용할 수 있습니다. 이것은 전자의 탈출로 인해 전하를 띠기 때문에 전자기장으로 가두거나 특정 방향으로 가속시킬 수도 있습니다.

 

전반적으로 플라즈마 생성에 필요한 조건은 특정 응용 분야와 원하는 플라즈마 특성에 따라 다릅니다. 가스, 압력, 에너지원, 전력, 전극 구성 및 온도를 신중하게 선택하면 주어진 응용 분야에서 원하는 플라즈마 특성을 달성하는 데 도움이 될 수 있으며, 플라즈마의 활용은 다양한 분야에 크게 기여하고 있으며, 기술의 발전에 따라 그 응용 분야가 지속적으로 확대되고 있습니다.