축전 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마에서 병렬 공진을 통한 플라즈마 발생 향상 연구 A study on the improvement of plasma generation of the capacitively coupled plasmas and inductively coupled plasmas by the parallel resonance원문보기
본 논문에서는 축전 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마에서 전력 전달 효율과 플라즈마 발생을 향상시키는 새로운 방법을 제안하였다. 첫째로, 축전 결합 플라즈마에서 병렬 공진을 이용하여 플라즈마의 발생을 향상시키는 연구를 진행하였다. 전원이 인가되는 극판에 인덕터와 커패시터의 직렬 연결로 구성된 가변 인덕터를 병렬로 설치하고 병렬 인덕터의 인덕턴스를 조절 함으로써, 축전 결합 플라즈마의 커패시터 성분과 인덕터 사이에 병렬 공진을 발생시켜 플라즈마 발생을 향상시켰다. 축전 결합 플라즈마와 병렬 인덕터로 구성된 병렬 부하가 구동 주파수에서 병렬 공진에 다가가면서, 병렬 부하의 저항이 크게 증가하였고, 증가한 부하의 저항으로 인해, ...
본 논문에서는 축전 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마에서 전력 전달 효율과 플라즈마 발생을 향상시키는 새로운 방법을 제안하였다. 첫째로, 축전 결합 플라즈마에서 병렬 공진을 이용하여 플라즈마의 발생을 향상시키는 연구를 진행하였다. 전원이 인가되는 극판에 인덕터와 커패시터의 직렬 연결로 구성된 가변 인덕터를 병렬로 설치하고 병렬 인덕터의 인덕턴스를 조절 함으로써, 축전 결합 플라즈마의 커패시터 성분과 인덕터 사이에 병렬 공진을 발생시켜 플라즈마 발생을 향상시켰다. 축전 결합 플라즈마와 병렬 인덕터로 구성된 병렬 부하가 구동 주파수에서 병렬 공진에 다가가면서, 병렬 부하의 저항이 크게 증가하였고, 증가한 부하의 저항으로 인해, 임피던스 매칭 회로에서 나와 병렬 부하로 들어가는 전류는 크게 감소하였다. 반면에, 병렬 루프 내 플라즈마에 흐르는 전류는 크게 증가하였다. 이에 따라, 임피던스 매칭 회로에서 손실되는 전력은 크게 줄어들었고, 축전 결합 플라즈마에 전달되는 전력은 크게 향상 되었으며, 같은 전력 대비 플라즈마 밀도가 약 2배 정도 증가하였다. 또한, 부하의 저항이 증가하였기 때문에, 극판에 인가되는 전압도 크게 증가하였다. 실험 결과들을 해석 하기 위해, 축전 결합 플라즈마를 포함한 등가 회로 모델과 전자에 의한 충돌 가열 식이 제시되었고, 실험 결과와 잘 일치함을 확인 하였다. 따라서, 병렬 공진을 통한 부하의 저항 제어로 극판 전압과 플라즈마 밀도 제어가 가능함을 확인 하였다. 두 번째 연구에서는 유도 결합 플라즈마에서 병렬 공진을 이용하여 플라즈마 발생을 향상시키는 연구를 수행 하였다. 우선, 전력을 전달하는 안테나를 설치하고 안테나에 커패시터를 병렬로 연결해 병렬 부하를 구성하였다. 유도 결합 플라즈마와 결합된 안테나의 등가 인덕터와 병렬 커패시터 사이에 병렬 공진을 발생시켜 유도 결합 플라즈마의 발생을 향상시켰다. 반사 전력이 없는 임피던스 조건 하에서 등가 인덕터와 병렬 커패시터로 구성된 병렬 부하의 저항을 병렬 공진을 통해 최대한 증가시켰고, 이때 임피던스 매칭 회로에서 나와 안테나로 들어가는 전류는 감소하고 안테나에 흐르는 전류는 증가하였다. 이로 인해, 임피던스 매칭 회로에서 손실되는 전력은 감소하였고, 플라즈마에 전달되는 전력은 크게 증가하였다. 이에 따라, 병렬 공진 근처에서 실험 조건에 따라 플라즈마 밀도가 약 2배에서 10배 가량 증가하였고 전력 전달 효율은 92%까지 개선되었음을 확인하였다. 실험 조건에 따른 전력 전달 효율의 증가를 병렬 커패시터를 포함한 유도 결합 플라즈마의 변압기 회로 모델을 통해 확인하였고 플라즈마 밀도의 증가를 글로벌 모델의 전력 균형 방정식을 통해 해석하였으며 실험 결과와 잘 일치 함을 확인 하였다. 이를 통해, 병렬 공진 현상을 이용하여 플라즈마 밀도의 제어와 전력 전달 효율의 효과적인 개선이 가능한 것을 확인하였다.
본 논문에서는 축전 결합 플라즈마와 유도 결합 플라즈마에서 전력 전달 효율과 플라즈마 발생을 향상시키는 새로운 방법을 제안하였다. 첫째로, 축전 결합 플라즈마에서 병렬 공진을 이용하여 플라즈마의 발생을 향상시키는 연구를 진행하였다. 전원이 인가되는 극판에 인덕터와 커패시터의 직렬 연결로 구성된 가변 인덕터를 병렬로 설치하고 병렬 인덕터의 인덕턴스를 조절 함으로써, 축전 결합 플라즈마의 커패시터 성분과 인덕터 사이에 병렬 공진을 발생시켜 플라즈마 발생을 향상시켰다. 축전 결합 플라즈마와 병렬 인덕터로 구성된 병렬 부하가 구동 주파수에서 병렬 공진에 다가가면서, 병렬 부하의 저항이 크게 증가하였고, 증가한 부하의 저항으로 인해, 임피던스 매칭 회로에서 나와 병렬 부하로 들어가는 전류는 크게 감소하였다. 반면에, 병렬 루프 내 플라즈마에 흐르는 전류는 크게 증가하였다. 이에 따라, 임피던스 매칭 회로에서 손실되는 전력은 크게 줄어들었고, 축전 결합 플라즈마에 전달되는 전력은 크게 향상 되었으며, 같은 전력 대비 플라즈마 밀도가 약 2배 정도 증가하였다. 또한, 부하의 저항이 증가하였기 때문에, 극판에 인가되는 전압도 크게 증가하였다. 실험 결과들을 해석 하기 위해, 축전 결합 플라즈마를 포함한 등가 회로 모델과 전자에 의한 충돌 가열 식이 제시되었고, 실험 결과와 잘 일치함을 확인 하였다. 따라서, 병렬 공진을 통한 부하의 저항 제어로 극판 전압과 플라즈마 밀도 제어가 가능함을 확인 하였다. 두 번째 연구에서는 유도 결합 플라즈마에서 병렬 공진을 이용하여 플라즈마 발생을 향상시키는 연구를 수행 하였다. 우선, 전력을 전달하는 안테나를 설치하고 안테나에 커패시터를 병렬로 연결해 병렬 부하를 구성하였다. 유도 결합 플라즈마와 결합된 안테나의 등가 인덕터와 병렬 커패시터 사이에 병렬 공진을 발생시켜 유도 결합 플라즈마의 발생을 향상시켰다. 반사 전력이 없는 임피던스 조건 하에서 등가 인덕터와 병렬 커패시터로 구성된 병렬 부하의 저항을 병렬 공진을 통해 최대한 증가시켰고, 이때 임피던스 매칭 회로에서 나와 안테나로 들어가는 전류는 감소하고 안테나에 흐르는 전류는 증가하였다. 이로 인해, 임피던스 매칭 회로에서 손실되는 전력은 감소하였고, 플라즈마에 전달되는 전력은 크게 증가하였다. 이에 따라, 병렬 공진 근처에서 실험 조건에 따라 플라즈마 밀도가 약 2배에서 10배 가량 증가하였고 전력 전달 효율은 92%까지 개선되었음을 확인하였다. 실험 조건에 따른 전력 전달 효율의 증가를 병렬 커패시터를 포함한 유도 결합 플라즈마의 변압기 회로 모델을 통해 확인하였고 플라즈마 밀도의 증가를 글로벌 모델의 전력 균형 방정식을 통해 해석하였으며 실험 결과와 잘 일치 함을 확인 하였다. 이를 통해, 병렬 공진 현상을 이용하여 플라즈마 밀도의 제어와 전력 전달 효율의 효과적인 개선이 가능한 것을 확인하였다.
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