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가설 설정
- 본 3차원 모델링에 사용된 반응기는 직경 200 mm 높이 200 mm의 원통형 반응기다. 유체의 흐름은 정상상태로 가정하며 기체의 팽창은 이상 기체 방정식으로 나타내었다. 유동만 계산할 때에는 300 K의 실온으로 가정하였고 플라즈마 계산 시에는 전자에 의한 탄성 충돌, 이온의 운동에너지, 이온-중성화에 따른 내부 에너지 방출을 고려하여 열전달 계산을 별도로 시도하고 실제 열전대를 이용하여 온도를 측정, 비교하였다.
- 이 때의 분사량을 직접 챔버와 ICP를 포함하여 계산하지 않고 끝이 막혀 있는 상태의 가스링이 챔버에 연결되어 있는 단순화된 구조를 만들어서 계산한 각 노즐의 유량을 구하여 플라즈마 계산에 이용하였다. 계산에 사용된 가스의 종류는 공기와 아르곤을 사용하였고, reference pressure는 1.33 Pa 즉 10 mTorr, inlet의 flow normal velocity는 30 m/s, 기판과 반응기입구 기체 온도와 벽면의 온도는 300 K로 가정하였다. 이 기준조건에서 기판과 가스링의 거리를 130 mm로 하고 top inlet만을 사용한 경우, side inlet만을 사용한 경우, 둘 다 동시에 사용한 경우, top inlet을 tube로 가정하여 동일한 inlet 구멍에서의 비율에 따른 반응기의 압력분포에 대한 수치모사를 하여 기판 근처에서 압력 균일도를 비교하였다.
- 즉, 플라즈마에 의한 중성 입자의 속도 증가를 고려하지 않으면 300 K에서의 값을 이용하여 Jn=1/4·n·V로 계산할 수 있다. 그러나 중성 입자의 온도가 플라즈마에 의해서 800 K까지도 증가하는 계산 결과와 열전대를 이용하여 측정한 데이터를 이용하여 유추하면 2배 정도 높은 중성 플럭스를 가정하는 것이 실제와 더 잘 맞을 것이다. 따라서 원격 플라즈마 인덱스가 300 K로 가정하는 경우보다 증가하는 요인이 된다.
- 1 nm 정도의 해상도가 확보되는 OES로는 선폭 퍼짐을 이용한 기체 분자의 온도 측정이 가능하다고 한다. 11) 그림 11에 나타낸 것처럼 [OH] 분자 방출 스펙트럼은 이론값에 의한 계산 결과 중 해상도 0.3 nm의 경우와 유사하다. 추후의 연구에서 이를 이용한 기체의 온도 추정 작업을 할 예정이다.
- 20 mTorr의 낮은 압력의 경우에는 공간 재결합을 위한 충돌 확률이 낮으므로 주로 벽면 재결합이 원인으로 예상되는데 본 연구에 사용한 재질은 스테인레스강이므로 알곤 이온의 표면 재결합 확률은 100%로 가정하여 계산하였다.
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