Plasma 기초 1. 플라즈마 발생 원리와 특징

그동안 여러가지 진공과 펌프 그리고 반도체 기초와 공정에 관련된 글을 배워왔다. 물론 결국은 반도체 공정에 대한 이해를 위해 배우는것들이지만 그중에서도 제일 중요한건 이 플라즈마 아닐까..?(물론 그건 개바개) 

 

어쨌거나 우리는 반도체 공정 대부분을 이해하기 위해서 플라즈마를 배워야한다. 그렇다면 플라즈마란 무엇이고 어떤 특성을 지닐까?

 

출처-위키백과

우리가 흔히 아는 플라즈마를 떠올리면 위의 사진과 같다. 어딘가 서양의 마녀가 손을 둥글둥글 돌리면 다른 사람을 훔쳐볼 수 있을것같은 느낌의 원형 구, 이것도 플라즈마 원리로 이루어진것이다. 

 

플라즈마는 물질의 제 4상태로 정의되어있다. 고체, 액체, 기체, 그리고 플라즈마이며 기체에서 한단계 더 나아간 형태로 보면된다. 어떤 형태냐면 기체상태는 분자와 원자로 이루어진 수많은 기체들이 돌아다니는데 여기에 에너지를 가한다.

 

그러면 에너지에 의해서 분자가 원자로 쪼개지고 원자는 다시 에너지를 받아 전자와 이온으로 나뉜다. 전자는 기존 원자를 돌고있던 궤도에서 벗어난 자유전자를 의미하고 이온은 가지고 있던 전자가 빠진 상태의 원자핵을 상태를 의미한다. 간략히 그림으로 표현하면

4개의 물질의 상태

다음과 같다. 

 

여기서 주목할점은 플라즈마의 특징인데 저 공간안에 자유전자와 이온의 개수가 같다. 즉 저 이온과 자유전자가 존재하는 공간은 전기적으로 중성을 띄고있는것이다. 그러나 부분적으로 보면 자유전자가 많은쪽은 -, 이온이 많은 쪽+이다.

부분적으로는 극성을 띠지만 전체적으로 보면 중성을 띄기 때문에 플라즈마의 특징은 준중성(quasi-neutral)이다.

 

이 플라즈마는 디바이 차폐를 만족하는 거리에 존재하며 보통은 각각의 전자가 떨어져나가는것 외에 여기(excitation)나 이완(relaxation)이 생기며 원자마다 고유의 색상을 내기도한다. 이 부분은 뒤에서 더 공부하도록 하겠다.

 

언제나 질문은 환영입니다.

 

Plasma 기초 2. 플라즈마의 빛(excitation과 relaxation)

 

진공의 기초 1. 진공과 압력이란 무엇인가