[공정 기초] 플라즈마(Plasma) - 4 (플로팅 전위, 양극성 확산)

이전 글에서 플라즈마 내의 이온과 전자들의 이동에 대해서 다뤘습니다.

이런 움직임으로 인해 나타나는 플로팅 전위와 양극성 확산에 대해 다루겠습니다.

 

7. 플로팅 전위(Floating Potential)

 

  플라즈마 안에 전기적으로 고립된 물체를 놓으면, 전자와 이온이 랜덤하게 이동하다가 들어가게 됨

    → 전자가 더 빠르게 이동하므로, 들어가는 양은 전자가 이온보다 많음

    → 물체는 (-)로 대전되어 전기적으로 중성이 깨짐

    → (-)로 대전될수록, 들어오는 전자 수는 감소하고 이온의 수는 증가

    → 충분한 시간이 흐르면 평행 상태가 되어서, 들어오는 전자와 이온의 수가 같아지게 됨

    → 이때 전위를 플라즈마 전위 (Plasma Potential)

        물체가 갖는 전위를 플로팅 전위(Ploating Potential) 또는 부유전위라고 함.

        플라즈마 전위와 플로팅 전위의 차이를 쉬스 전위(Sheath Potential or Sheath Voltage)라고 함.

 

  이로 인해 플라즈마와 접하는 모든 물체들은 음의 전위를 가짐

    다만, 양극의 면적이 매우 작을 경우, 양극 전위가 플라즈마보다 높은 전위를 가짐

    → RF 방전에서의 Self-bias의 원인이 됨

 

 

8. 양극성 확산(Ambipolar Diffusion)

  

  전자와 이온의 움직임을 보면,

    플라즈마 진동으로 인해 전기장이 발생

    → 전자와 이온이 서로 끌어당기면서 속도가 변함

    → 이렇게 전자와 이온이 서로 영향을 미치면서 확산하는 것을 양극성 확산(Ambipolar diffusion)이라고 함

    → 이온과 전자의 확산 선속(diffusio flux)이 같아지게 됨

    → 플라즈마가 집단적 움직임을 갖고 준중성을 유지할 수 있는 이유

 

플로팅 전위와 양극성 확산의 차이점
    플로팅 전위 = 플라즈마 내에 물체가 존재할 때의 전자와 이온의 움직임
    양극성 확산 = 플라즈마의 밀도 차에 대한 전자와 이온의 움직임

 

REF

 

도서

반도체 제조 기술의 이해 (곽노열, 한울출판사)

반도체 이론편 (렛유인)

반도체 이론편 (엔지닉)

박막과 스퍼터링 공정 (개날연)

 

유튜브 및 블로그

https://www.youtube.com/@DevicePhysics

marriott.tistory.com