자료 제공 : 고등기술연구원
김 형 석 박사
서론
플라즈마는 섭씨 5000도 이상의 고온에서 물질이 이온화 된 상태로서, 고체, 액체 및 기체 다음인 제4의 물질상태이다. 가속된 입자와의 충돌 또는 강력한 전기장 하에서의 전하운동에 의하여 원자나 분자들로부터 음전하를 띤 전자가 분리된다. 분리된 전자와 그 모태가 되는 양전하를 띤 분자가 혼재되어 있는 상태가 바로 제4의 물질상태 혹은 플라즈마라고 불리 우고 있는 것이다. 우주의 약 99퍼센트는 플라즈마 상태로 구성되어 있으며, 나머지 1퍼센트에 속하는 지구상에서 우리들이 그 우주공간에 흔히 존재하고 있는 플라즈마를 지상에서 재현하여 산업적으로 응용하기 위한 노력을 기울이고 있다. 플라즈마는 발생 조건과 성질에 다라 매우 다양한 밀도와 온도를 지닌다. 우주공간에서의 1개/10m3 비율로 플라즈마가 존재하는 데에 반하여, 지상에서 즉 대기압 환경에서 마이크로파를 이용하여 발생시킨 플라즈마는 1012~1013/cm3 의 밀도로 전하를 띤 입자들이 존재한다. 이와 같이 대기 중에서 가스방전에 의한 플라즈마의 온도는 수천도에 이르지만 핵융합을 위한 플라즈마 토카막장치 내에서는 1억도나 되는 초고온 상태가 된다. 대기 중에서 우리가 사용하는 플라즈마는 대개가 수천도 이하 내지 상온에 가까운 저온 플라즈마로서 통칭하여 저온/상압 플라즈마라고 부르고 있다.
플라즈마를 발생시키기 위한 방법으로서, 가속입자를 원자 혹은 분자에 충돌시킴으로서 이온화 시키기도 하지만, 산업적으로 응용되고 있는 플라즈마는 주로 외부에서 전기장을 인가하여 가스방전을 유도함으로써 이온화되면서도 전체적으로 중성인 분자 혹은 원자들로 구성되어 있다. 플라즈마 종류는 이러한 전기장 인가방식에 있어서 사용되는 주파수에 따라 MF, RF, 그리고 Microwave 플라즈마로 나뉘어 진다. 수 kHz 내지 60kHz 의 저주파 교류 신호를 사용하는 Medium Frequency 플라즈마, 따로 허가를 받지 않고도 쓸 수 있는 ISM(Industrial, Scientific, Medical) 주파수 밴드에 속하는 13.56MHz를 사용하는 Radio Frequency 플라즈마, 역시 ISM 밴드에 속하는 2.45GHz를 사용하는 Micorwave 플라즈마가 바로 그 것이다. 앞의 MF 혹은 RF 플라즈마는 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마라고 부르고 있기도 하며, 산업적으로 이미 활발한 적용이 이루어지고 있다. 반면에 MW 플라즈마는 보다 가능성이 있는 표면처리기술로서 상용화에 대한 기술개발 노력 여하에 따라 고품질의 플라즈마 표면처리기술로서 자리매김할 수 있는 유망기술이다.
마이크로웨이브 플라즈마는 손쉽게 활성입자(free radicals)를 대량 발생시킬 수 있다. 대기 중에서 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시키면 비록 플라즈마 속의 전자의 에너지가 수만도라 할지라도 중성입자나 이온의 온도는 실온에 해당하므로 전체적인 온도는 그리 높진 않다. 플라즈마 속의 전자들은 중성입자들과 상호 작용하여 중성입자들을 들뜬 에너지 상태로 만들기 때문에 매우 효율적인 화학 반응을 유도할 수 있어 적은 에너지로도 대량으로 화학적 처리를 할 수 있는 것이다. 이를 위한 마이크로웨이브 플라즈마 장치는 여러 가지가 있으나 값싸고 손쉽게 얻을 수 있는 잇점으로 인해 현재 가정용 전자렌지에 사용되고 있는 마그네트론과 동급의 종류가 널리 사용되고 있다. 마이크로웨이브 플라즈마 시스템은 2.45 GHz의 전자파를 발생시키는 마그네트론, 전자파의 회귀로 인한 마그네트론 손상방지를 위한 isolator, 부하가 걸리는 반응기 단으로의 전자파 에너지 전달을 최대화하기 위한 impedance matching 용 3-stub tuner 및 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 그 구성 얼개로 하고 있다. 높은 활성종 및 전자/이온 밀도를 갖는 마이크로웨이브 플라즈마의 방전특성상 glow discharge로 적용이 어려운 ashing 및 oil cleaning, 정전기 방지코팅, 금속 표면처리 및 코팅 등에 적용 될 수 있는 기술이라 할 수 있다.
마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 반도체공정 폐가스 처리 응용기술
마이크로웨이브를 이용한 플라즈마는 기존의 열 소각 방식에 비하여 매우 높은 중성기체 온도를 가지며 이외에도 이온이나 전자 활성종들에 의한 활발한 화학반응을 기대할 수 있으므로 VOC를 비롯해 많은 폐가스 정화시스템에의 응용이 다양하게 시도되고 있다. 그러나 공정 후에 배기라인을 통해 배출되는 폐가스는 상압의 고유속 상태이며 일반적으로 플라즈마가 안정적으로 유지되는 데에는 매우 불리한 조건이라고 할 수 있다. 마이크로웨이브는 가정용 전자레인지에 적용이 되면서 가장 값싸게 얻을 수 있는 고밀도 플라즈마의 에너지원으로 학교나 연구기관에서 다양하게 이용해왔고 반도체 공정 장비 중 etcher나 CVD, ashing 장비 중 많은 수가 이와 같이 높은 플라즈마 밀도(전자밀도 1013/cm3)를 구현하기 위해 마이크로웨이브를 활용하고 있다. 단, 압력이 높아질 때 플라즈마는 current density가 높은 곳으로 집중되려는 경향이 있어 특히 상압의 열린 공간에서 대면적의 안정한 방전을 얻는 것은 매우 어려운 일로 인식되어져 있다.
이러한 제한 조건으로 인하여 본 연구를 수행함에 있어서는 두 형태의 플라즈마 반응기를 사용하였다. 첫 번째로는 한쪽이 막혀있는(shorted) 도파관(waveguide)에 short로부터 guided wavelength의 1/4되는 위치에 hole을 뚫고 유전체(dielectric material)를 플라즈마 방전튜브(discharge tube)로 사용하는 기존 도파관형 챔버의 경우와 두 번째로는 본질적인 상압 방전의 제한성을 극복하기 위해 통신 분야에서 일반적으로 활용되고 있는 공진기 설계기술을 방전 챔버 설계에 도입하였다. 그러나 공진형 마이크로웨이브 플라즈마는 전자파 에너지의 커플링정도를 제어하기가 매우 어려워 플라즈마 발생시의 임피던스 변화에 매우 민감하게 반응하므로 마그네트론의 전자파 에너지가 충분히 전달되지 못하는 현상이 발생되기 쉽다. 반면에 비공진형 마이크로웨이브 플라즈마는 전자파 에너지 전달이 보다 수월하여 처리하고자 하는 가스 유량의 변화에도 불구하고 충분한 에너지 전달이 가능하므로 대용량 폐가스 처리에 적합하다.
PFC Scrubbing기술은 크게 열 소각, 촉매, 플라즈마 방식의 세 가지로 분류할 수 있으며 현재 국외에서 개발된 대표적인 플라즈마 방식의 scrubber는 마이크로웨이브와 RF를 source로 하는 저압 플라즈마 시스템으로서 turbo pump의 후단에 적용하므로 장시간의 평가시험 결과에서 나타난 여러 가지 장점에도 불구하고 주 공정 챔버에 압력변화를 야기 시킬 위험이 있어 적용에 어려움을 겪고 있으며, 배기라인 최후단인 dry pump뒤에 체결하는 열소각방식이나 촉매의 경우 에너지 비용이나 소모품인 약제의 교체에 소요되는 비용, 시스템 자체의 가격이 높아 경제성이 떨어지는 단점을 안고 있다.
여러 가지 PFC방출량 저감기술 중 플라즈마를 이용한 난분해성 가스 제거기술은 일반 소각로에서 기대할 수 없는 1500-1800 K이상의 높은 에너지를 갖는 중성입자들과 풍부한 Radical, 수eV의 에너지를 갖는 이온/전자들의 효과적인 반응으로 강한 결합을 이루고 있는 안정한 화합물들에 대해서 낮은 Power로도 효율적인 분해가 가능하기 때문에 다양한 산업에서 폐가스 처리시스템으로의 적용연구가 활발히 진행되고 있다. 반도체공정을 비롯한 화학, 제련등 광범위한 산업현장에서 배출되고 있는 SF6를 비롯한 PFC, HFC등 FCs가스류, CFC를 비롯한 ODS(Ozone depleting substances) 가스들은 대표적인 난분해성 가스들로서 가장 심각한 환경규제 대상물질로 알려져 있다. 플라즈마를 이용한 PFC분해는 그 중 가장 효율이 높은 공정으로 지속적인 연구개발이 이어지고 있다. 그림 1에서와 같이, 상용 Maxwell equation Solver인 HFSS를 이용하여 비공진부 설계를 최적화하고 유동에 의한 방전의 불안정성을 고려하여 supporting구조를 도입하여 시스템이 설계 제작되어 대기압에서 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 PFC분해공정결과 그림 2, 3과 같이 전체유량 40 lpm에 이르는 고유속에서 95% 이상에 이르는 높은 분해효율을 보이고 있다.
본 마이크로웨이브 상압 플라즈마 폐가스 처리기술은 저압에서 작동되는 공진형의 마이크로웨이브 및 ICP 시스템 등에 비하여 상압에서 power coupling을 극대화 할 수 있어 반도체 장비 등의 dry pump 후단과 같은 높은 압력과 유속조건의 배기 라인에 설치가 가능하므로 공정용 챔버 여러 대에서 방출되는 FCs류 가스 이외에도 VOC를 포함한 여러 종류의 폐가스들에 대해서도 일괄 분해처리가 가능하다. 따라서 이러한 고효율의 End-of-Pipe형 가스정화 시스템이 반도체 CVD chamber cleaning이나 etching 공정에 적용될 경우에는 FCs류 가스 외 다른 종류의 gas scrubbing 공정을 위한 추가 설비투자가 필요 없고, 기존의 저압에서 작동되는 처리시스템들이 가지는 공정상의 문제, 경제성의 문제점 등을 획기적으로 개선 할 수 있다. 더욱이 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 폐가스 정화시스템은 기존의 상압 방전처리를 시도하고 있는 코로나 방전시스템, 광촉매와 유전체장벽방전 (DBD)을 복합적으로 이용하는 시스템과는 다르게 방전전극의 불량 및 수명한계의 제한점을 극복 할 수 있으며 power 변환 효율도 높아 경제성면에서 경쟁력이 우수한 장점도 가지고 있다.
Microwave 플라즈마를 이용한 표면처리 응용기술
마이크로웨이브 상압 플라즈마 표면처리/세정 시스템은 상압에서 1013-1015/cm3의 높은 전자 및 이온 중성 radical을 활용할 수 있으므로 증착효율을 크게 증대시킬 수 있는 장점이 있다. Polycarbonate(PC)는 Compact disk나 Reflectors substituting metallic devices, Electronics(Capacitors, Casings) 분야에 활용도가 매우 높은 물질이다. 표면처리를 위한 기판 holder에 Sample을 Scan하기 쉽게 직경 10mm의 도파관형을 선택하여 2 kW 범위의 마이크로웨이브 Power를 사용하여 우선 Ar과 O2, N2의 가스를 사용하여 출력 변화를 주면서 표면처리를 한 결과 그림 4 과 같이 PC 의 접촉각이 36.4° 에서 9.4° 로 줄어들도록 할 수 있다.
대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 Si-C 박막 증착 공정 응용기술
Si-C박막은 Large energy, High electron mobility, High break down field, High saturation drift velocity, High temperature mobility, High Chemical Inertness등 우수한 물성으로 인해 Electronics 및 Optoelectonics분야에 활용도가 매우 높은 물질이다.
마이크로웨이브 상압증착 시스템은 기존 thermal CVD시스템이 1300 oC이상의 고온을 필요로 하는데 반해 800~900 oC의 비교적 낮은 온도에서 박막성장이 가능하고 상압에서 1013~1015/cm3의 높은 전자 및 이온 중성 radical을 활용할 수 있으므로 안정된 공정 조건에서 증착효율을 크게 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
증착을 위한 기판 holder의 삽입 등 구조변경이 용이하도록 직경 30mm의 도파관형을 선택하여 그림 5의 마이크로웨이브 플라즈마 시스템을 사용하고, 증착전용 chamber와 sealing을 유지하기 위한 line구조를 설계/반영함으로써 상압 마이크로웨이브 플라즈마 증착시스템을 제작하여 실험 하였다. 1 ~ 2.5 kW 범위의 마이크로웨이브 power를 사용하여 Si(100)기판에 Si-C를 증착하였으며 이때 공정에 사용된 가스는 carbon source로서의 HMDS와 Ar/H2혼합가스를 사용하였고 방전을 안정적으로 유지하기 위하여 질소를 supporting가스로 주입하였으며, 20분간의 짧은 시간의 증착으로 수 ㎛의 두꺼운 막을 성장시킬 수 있었다. 증착된 막에 대하여 그림 6, 7에서 보는 바와 같이 XRD 및 SEM, AES, Raman scattering, FT-IR등의 분석 tool을 이용하여 결정성 및 화학결합의 종류, morphology등을 볼 수 있다.
상압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 HMDS를 원료로한 실리콘 기판상의 Si-C 박막 증착은 1.4㎛ 정도의 증착에 성공하였으며, 플라즈마를 이용한 표면 박막 코팅의 새로운 기술로 평가 받고 있다. 그림 6에서는 증착 공정에 수소를 첨가함에 따라 Si-H 결합이 증가하는 것을 FT-IR 스펙트럼에서 볼 수 있다. 이로 인하여 Si wafer의 최외층에 있는 Si-O 산화막이 사라지게 되어 Si-C 박막 성장에 도움을 주는 것을 알 수 있다.
상압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 실리콘 웨이퍼위의 Si-C 박막 증착 공정은 기존의 고온 공정 온도를 낮추는 효과를 가져왔고, 박막의 성장에서도 만족할 만한 결과를 가져온 것으로 판단된다. 따라서 대부분의 Si 웨이퍼 상의 박막 코팅이 기존에 1000 ℃가 넘는 고온에서 이루어진 것을 감안하였을 때, 상압 마이크로웨이브를 이용한 Si 웨이퍼의 박막 코팅은 탄소 이외의 질소나, 황, 인 등과 같은 화합물 박막 코팅에도 큰 영향을 줄 것으로 기대되며, 좋은 물성을 지닌 소재를 개발하는데 중요한 기술로 작용할 것으로 기대된다.
대기압 마이크로웨이브 플라즈마 중수 누설 감지 시스템 응용기술
천연 우라늄을 핵연료로 사용하는 가압 중수로의 경우, 감속재 및 냉각재로 고가의 중수가 사용된다. 일반 물(천연수) 속에 함유되어 있는 0.015 %의 중수를 목적 순도(99.8 %이상)로 농축하는 데는 1 kg에 약 2백 달러의 고비용이 소요되며 600 MW 급 가압중수로를 기준으로 할 때 필요로 하는 중수의 양은 총 470톤 이상으로 막대한 에너지와 비용이 소요되고 있다. 우리나라에서 현재 가동 중인 가압 중수로는 월성 1, 2, 3 그리고 4호기의 총 4기이며 각 호기에서 현재도 분산형 적외선 분광 및 액체섬광계측 방식을 통하여 중수누설 감시가 행해지고 있다. 그러나, 분산형 적외선 분광기는 낮은 감도와 장비의 노후화에 따른 문제점이 있고, 액체섬광계수기는 소모품 구입비가 과다하게 소요되며 폐액 발생에 따른 복잡한 처리공정을 필요로 하는 등의 문제점을 안고 있다. 이러한 상황에 비추어 감시기술의 개선 또는 새로운 감시기술의 개발이 필요하다. 이 중 질량분석기를 이용한 중수누설 감시시스템은 시료 전처리를 위한 마이크로웨이브 플라스마 토치, 질량분석기, 시스템의 자동운영을 위한 운영시스템 및 그 외 시료운송과 유동제어를 위한 기타 설비로 전체 시스템이 구성된다.
안정적인 방전의 유지를 위해서 앞에서 언급한바와 같이 Maxwell equation solver인 HFSS(High Frequency Structure Simulator) code를 활용하여 플라즈마 방전부 설계를 하여, 본 설계의 결과로 100% Ar 방전만으로 플라즈마의 안정성을 확보할 수 있었으며, 중수검출을 위한 시료(H2O)외에 다른 이물질에 의한 영향을 받지 않을 수 있었다. 그림 8은 도파관형의 반응기에 대한 해석을 나타내고 있으며, 토치의 중심부에 강한 전기장이 형성되는 것을 볼 수 있다.
질량분석기의 detector로 SCEM(Sigle Channel Electron Multiplier)을 사용하여 2.0x10-6 torr의 조건에서 Ar gas 10lpm, H2O carrier 500 sccm의 조건으로 2 mol% D2O를 측정하였을 때의 결과는 그림 9와 같다. 플라즈마가 발생하였을 때와 발생하지 않았을 때 HD(3amu)의 신호가 HD 4.74x10-11 torr에서 1.32x10-9 torr로 증가하는 것을 알 수 있다.
본 연구를 통하여 냉각수 시료에 포함된 중수의 농도변화를 감지하여 누설경보 고지가 가능하며, 마이크로웨이브 대기압 플라즈마를 이용하여 중수(D2O)의 신호를 질량분석기로 감지할 수 있었다. 증폭된 신호는 대략 2 order정도로 경수(H2O) 대비 중수의 농도가 수 ppm의 안정성을 가지는 것으로 결과가 나왔으며, 데이터의 후처리로 농도의 변화를 찾을 수 있음을 알 수 있었다.
결론
플라즈마는 코팅, 반도체 etching, 플라즈마 cleaning, 표면활성화 분야 등 material processing 분야에 널리 사용되어 왔으며, 그 적용 분야도 점차로 확대되고 있다. 특히 중 주파수 영역인 mid-frequency를 이용한 DBD 상압 플라즈마 및 마이크로웨이브 source를 이용한 상압 플라즈마 토치에 대한 연구가 몇몇 연구진에 의하여 추진되어 기존의 진공 플라즈마의 제한점을 극복할 수 있는 새로운 고부가가치 적용기술 개발이 활발히 추진되고 있다. 그 중에서 특히 마이크로웨이브 상압 플라즈마 방전기술은 760 torr의 압력상태로 인한 높은 밀도의 플라즈마 활성종에 사용되는 GHz 영역의 고주파 마이크로웨이브에 의한 다양한 크기와 모양의 상압 방전 캐비티 설계의 용이함 등에 기인하여 고효율의 균일한 플라즈마 생성이 가능하다. 이러한 마이크로웨이브 플라즈마의 특징은 보다 다양하고 경쟁력 있는 실질적인 상압 플라즈마 기술의 적용을 가능하게 하며, 특히 진공장비를 별도로 필요로 하지 않는 상압 플라즈마 기술과 마이크로웨이브 플라즈마가 가지는 장점 때문에 ashing, DLC coating, diamond coating 등 비전도성의 초경 및 기능성 박막 코팅기술, 고효율 소결기술 및 폴리머 등의 표면 활성화 분야 등에 그 적용기술이 연구되고 있다. 또한 마이크로웨이브 상압 플라즈마 기술은 기존의 DC 방법으로 인한 저밀도 플라즈마의 제한점, 저압 RF 및 저압 마이크로웨이브 방법으로 인한 공정의 고비용 문제점 등을 해결함으로써 경제적, 기술적 측면의 개선효과가 동시에 기대되는 분야이기도 하다.
참고문헌
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10) Jeong H. Kim, Yong C. Hong, Hyoung S. Kim, and Han S. Uhm, Simple Microwave Plasma Source at Atmospheric Pressure, Journal of Korean Physical Society, Vol42, Supp. Issue 3, S876 (2003)
● 고등기술연구원 / 플라즈마기술센터 소개
고등기술연구원은 과학기술부의 인가를 받아 설립된 비영리 산업기술연구조합으로, 대기업, 벤처 중소기업, 대학교, 연구기관 등의 다양한 조합원으로 구성되어 있으며, 조합원사의 경쟁력 향상을 위한 연구 및 중소기업 지원 연구개발 활동 등을 통하여 독립적인 공익민간연구기관으로 성장하고 있습니다. 특히, 독립 민간연구기관으로서는 최초로 연구개발 분야에 대한 ISO9001:2000 품질경영시스템 인증을 획득하였으며, 이를 바탕으로 보다 효율적이고 고객지향적인 연구개발 활동을 수행하고 있습니다.
현장기술 지원: 첨단기술 분야를 전통 제조업에 접목시켜 생산성 향상을 도모하는 등 생산현장에서 자체적으로 해결이 어려운 기술적 문제를 다양한 전문기술력을 동원하여 해결함으로써 원활한 생산이 이루어지도록 합니다. 이 과정에서 장기적으로 해결해야 할 기술과제를 파악하고 현장과 연구소를 연결하는 인적 네트워크를 구축하게 됩니다. 특히 공익성 있는 연구기관으로서 중소기업청에서 주관하는 중소기업 생산현장직무기피요인 해소사업에 꾸준히 참여하여 중소기업의 애로기술 해결을 위한 기술개발 및 지원을 확대하고 있습니다. 또한, 오늘날 급변하는 기술 환경에서 현장의 기술적 문제를 파악하고 해결할 수 있는 우수한 자질을 갖춘 엔지니어 양성을 위해 아주대학교 시스템공학과 학위과정과 단기 전문기술 과정을 운영하고 있습니다.
핵심 요소기술 개발: 외부에서 도입된 요소기술을 활용하여 생산된 제품은 이를 개선할 때도 그 원천기술은 외부에 의존할 수밖에 없으므로 많은 기술료를 지급해야 될 뿐만 아니라, 이러한 기술 종속 관계에서는 세계적인 제품으로 발전이 불가능하게 되므로 요소기술의 확보는 필수적입니다. 고등기술연구원은 제품의 성능과 품질을 결정하는 핵심 요소기술을 개발하여 고객에게 이전합니다.
신기술 개발: 앞으로 단순 기능 위주의 제품들은 시장에서 밀려나고 다양한 기능을 갖춘 지능형 제품들이 그 자리를 차지하게 될 것입니다. 고등기술연구원은 차세대 신제품을 개발하거나 기존 제품을 개량하는데 필요한 신기술을 개발합니다.
첨단기술 개발: 미래형 고부가가치 제품에 적용될 첨단기술 개발은 고객의 비즈니스 성공은 물론 고등기술연구원이 자립형 독립 민간연구기관으로 발전하기 위한 필수적인 과제입니다. 비록 쉽지 않는 목표지만 새로운 시장과 높은 부가가치를 창출할 수 있는 첨단기술 개발이 고객과 고등기술연구원의 21세기를 결정할 것입니다.
다양한 분야에 적용 가능한 플라즈마/전자파/레이저 응용기술의 상품화 기술개발
플라즈마를 이용한 반도체, 전자파, 디스플레이, 조선, 건설, 자동차, 방위산업, 폴리머, 바이오, 환경산업 등 다양한 분야에 경쟁력 있는 플라즈마응용기술의 상품화기술 제공을 목적으로, 저온/상압 플라즈마 표면처리 기술, TWT(Traveling Wave Tube)기술, M/W(Microwave) 플라즈마기술, PSII & PACVD 플라즈마기술, 레이저응용기술, 대기환경 응용기술을 중점적으로 개발하고 있습니다. 또한, 과학기술부 국가지정연구실로 운영되고 있는 플라즈마연구실의 플라즈마재료공정/설계응용기술과 청정에너지연구실의 레이저응용공정/환경관련기술 등의 확보를 통한 부가가치 창출을 목표로 원천기술개발은 물론 재료의 종합적인 연구개발 및 체계적인 지원을 제공하고 있습니다.
<플라즈마기술>
-저온/상압 플라즈마시스템 설계 및 표면처리기술(표면처리, 폐가스정화, 제독, 수소저장재, 고속증착)
-PSII, PACVD 등 플라즈마 진공 코팅기술
-고출력 전자파 발생관련 국방 및 민수분야의 필수장치(위성통신 및 방송용의 LMDS, 항공, 해상에서의 ECM과 위성과 레이더에서의 microwave source)의 제작에 근본이 되는 진행파관(TWT) 국산화개발 및 Vacuum Tube 등의 개발기술
-UHF 대역의 RFID 응용기술
-초음파/RFEC 비파괴 평가기술, 양전자소멸기술(극미세 나노결함분석), SEM, XRD, ICP-MS, FTIR 등의 분석기술
<청정에너지기술>
-레이저/플라즈마 단독/복합응용 청정공정/청정에너 지기술 개발
-레이저 초정밀측정장치, 레이저응용 미세공정기술, 레이저 광화학반응응 용 제조기술
-플라즈마/광에너지 단독/복합 유해물질(NOx, Dioxin, VOCs) 제거/저감기술 등
문의: 고등기술연구원 플라즈마기술센터
김형석 박사
Tel: 031-330-7515 (011-9446-5144)
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김 형 석 박사
서론
플라즈마는 섭씨 5000도 이상의 고온에서 물질이 이온화 된 상태로서, 고체, 액체 및 기체 다음인 제4의 물질상태이다. 가속된 입자와의 충돌 또는 강력한 전기장 하에서의 전하운동에 의하여 원자나 분자들로부터 음전하를 띤 전자가 분리된다. 분리된 전자와 그 모태가 되는 양전하를 띤 분자가 혼재되어 있는 상태가 바로 제4의 물질상태 혹은 플라즈마라고 불리 우고 있는 것이다. 우주의 약 99퍼센트는 플라즈마 상태로 구성되어 있으며, 나머지 1퍼센트에 속하는 지구상에서 우리들이 그 우주공간에 흔히 존재하고 있는 플라즈마를 지상에서 재현하여 산업적으로 응용하기 위한 노력을 기울이고 있다. 플라즈마는 발생 조건과 성질에 다라 매우 다양한 밀도와 온도를 지닌다. 우주공간에서의 1개/10m3 비율로 플라즈마가 존재하는 데에 반하여, 지상에서 즉 대기압 환경에서 마이크로파를 이용하여 발생시킨 플라즈마는 1012~1013/cm3 의 밀도로 전하를 띤 입자들이 존재한다. 이와 같이 대기 중에서 가스방전에 의한 플라즈마의 온도는 수천도에 이르지만 핵융합을 위한 플라즈마 토카막장치 내에서는 1억도나 되는 초고온 상태가 된다. 대기 중에서 우리가 사용하는 플라즈마는 대개가 수천도 이하 내지 상온에 가까운 저온 플라즈마로서 통칭하여 저온/상압 플라즈마라고 부르고 있다.
플라즈마를 발생시키기 위한 방법으로서, 가속입자를 원자 혹은 분자에 충돌시킴으로서 이온화 시키기도 하지만, 산업적으로 응용되고 있는 플라즈마는 주로 외부에서 전기장을 인가하여 가스방전을 유도함으로써 이온화되면서도 전체적으로 중성인 분자 혹은 원자들로 구성되어 있다. 플라즈마 종류는 이러한 전기장 인가방식에 있어서 사용되는 주파수에 따라 MF, RF, 그리고 Microwave 플라즈마로 나뉘어 진다. 수 kHz 내지 60kHz 의 저주파 교류 신호를 사용하는 Medium Frequency 플라즈마, 따로 허가를 받지 않고도 쓸 수 있는 ISM(Industrial, Scientific, Medical) 주파수 밴드에 속하는 13.56MHz를 사용하는 Radio Frequency 플라즈마, 역시 ISM 밴드에 속하는 2.45GHz를 사용하는 Micorwave 플라즈마가 바로 그 것이다. 앞의 MF 혹은 RF 플라즈마는 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마라고 부르고 있기도 하며, 산업적으로 이미 활발한 적용이 이루어지고 있다. 반면에 MW 플라즈마는 보다 가능성이 있는 표면처리기술로서 상용화에 대한 기술개발 노력 여하에 따라 고품질의 플라즈마 표면처리기술로서 자리매김할 수 있는 유망기술이다.
마이크로웨이브 플라즈마는 손쉽게 활성입자(free radicals)를 대량 발생시킬 수 있다. 대기 중에서 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시키면 비록 플라즈마 속의 전자의 에너지가 수만도라 할지라도 중성입자나 이온의 온도는 실온에 해당하므로 전체적인 온도는 그리 높진 않다. 플라즈마 속의 전자들은 중성입자들과 상호 작용하여 중성입자들을 들뜬 에너지 상태로 만들기 때문에 매우 효율적인 화학 반응을 유도할 수 있어 적은 에너지로도 대량으로 화학적 처리를 할 수 있는 것이다. 이를 위한 마이크로웨이브 플라즈마 장치는 여러 가지가 있으나 값싸고 손쉽게 얻을 수 있는 잇점으로 인해 현재 가정용 전자렌지에 사용되고 있는 마그네트론과 동급의 종류가 널리 사용되고 있다. 마이크로웨이브 플라즈마 시스템은 2.45 GHz의 전자파를 발생시키는 마그네트론, 전자파의 회귀로 인한 마그네트론 손상방지를 위한 isolator, 부하가 걸리는 반응기 단으로의 전자파 에너지 전달을 최대화하기 위한 impedance matching 용 3-stub tuner 및 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 그 구성 얼개로 하고 있다. 높은 활성종 및 전자/이온 밀도를 갖는 마이크로웨이브 플라즈마의 방전특성상 glow discharge로 적용이 어려운 ashing 및 oil cleaning, 정전기 방지코팅, 금속 표면처리 및 코팅 등에 적용 될 수 있는 기술이라 할 수 있다.
마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 반도체공정 폐가스 처리 응용기술
마이크로웨이브를 이용한 플라즈마는 기존의 열 소각 방식에 비하여 매우 높은 중성기체 온도를 가지며 이외에도 이온이나 전자 활성종들에 의한 활발한 화학반응을 기대할 수 있으므로 VOC를 비롯해 많은 폐가스 정화시스템에의 응용이 다양하게 시도되고 있다. 그러나 공정 후에 배기라인을 통해 배출되는 폐가스는 상압의 고유속 상태이며 일반적으로 플라즈마가 안정적으로 유지되는 데에는 매우 불리한 조건이라고 할 수 있다. 마이크로웨이브는 가정용 전자레인지에 적용이 되면서 가장 값싸게 얻을 수 있는 고밀도 플라즈마의 에너지원으로 학교나 연구기관에서 다양하게 이용해왔고 반도체 공정 장비 중 etcher나 CVD, ashing 장비 중 많은 수가 이와 같이 높은 플라즈마 밀도(전자밀도 1013/cm3)를 구현하기 위해 마이크로웨이브를 활용하고 있다. 단, 압력이 높아질 때 플라즈마는 current density가 높은 곳으로 집중되려는 경향이 있어 특히 상압의 열린 공간에서 대면적의 안정한 방전을 얻는 것은 매우 어려운 일로 인식되어져 있다.
이러한 제한 조건으로 인하여 본 연구를 수행함에 있어서는 두 형태의 플라즈마 반응기를 사용하였다. 첫 번째로는 한쪽이 막혀있는(shorted) 도파관(waveguide)에 short로부터 guided wavelength의 1/4되는 위치에 hole을 뚫고 유전체(dielectric material)를 플라즈마 방전튜브(discharge tube)로 사용하는 기존 도파관형 챔버의 경우와 두 번째로는 본질적인 상압 방전의 제한성을 극복하기 위해 통신 분야에서 일반적으로 활용되고 있는 공진기 설계기술을 방전 챔버 설계에 도입하였다. 그러나 공진형 마이크로웨이브 플라즈마는 전자파 에너지의 커플링정도를 제어하기가 매우 어려워 플라즈마 발생시의 임피던스 변화에 매우 민감하게 반응하므로 마그네트론의 전자파 에너지가 충분히 전달되지 못하는 현상이 발생되기 쉽다. 반면에 비공진형 마이크로웨이브 플라즈마는 전자파 에너지 전달이 보다 수월하여 처리하고자 하는 가스 유량의 변화에도 불구하고 충분한 에너지 전달이 가능하므로 대용량 폐가스 처리에 적합하다.
PFC Scrubbing기술은 크게 열 소각, 촉매, 플라즈마 방식의 세 가지로 분류할 수 있으며 현재 국외에서 개발된 대표적인 플라즈마 방식의 scrubber는 마이크로웨이브와 RF를 source로 하는 저압 플라즈마 시스템으로서 turbo pump의 후단에 적용하므로 장시간의 평가시험 결과에서 나타난 여러 가지 장점에도 불구하고 주 공정 챔버에 압력변화를 야기 시킬 위험이 있어 적용에 어려움을 겪고 있으며, 배기라인 최후단인 dry pump뒤에 체결하는 열소각방식이나 촉매의 경우 에너지 비용이나 소모품인 약제의 교체에 소요되는 비용, 시스템 자체의 가격이 높아 경제성이 떨어지는 단점을 안고 있다.
여러 가지 PFC방출량 저감기술 중 플라즈마를 이용한 난분해성 가스 제거기술은 일반 소각로에서 기대할 수 없는 1500-1800 K이상의 높은 에너지를 갖는 중성입자들과 풍부한 Radical, 수eV의 에너지를 갖는 이온/전자들의 효과적인 반응으로 강한 결합을 이루고 있는 안정한 화합물들에 대해서 낮은 Power로도 효율적인 분해가 가능하기 때문에 다양한 산업에서 폐가스 처리시스템으로의 적용연구가 활발히 진행되고 있다. 반도체공정을 비롯한 화학, 제련등 광범위한 산업현장에서 배출되고 있는 SF6를 비롯한 PFC, HFC등 FCs가스류, CFC를 비롯한 ODS(Ozone depleting substances) 가스들은 대표적인 난분해성 가스들로서 가장 심각한 환경규제 대상물질로 알려져 있다. 플라즈마를 이용한 PFC분해는 그 중 가장 효율이 높은 공정으로 지속적인 연구개발이 이어지고 있다. 그림 1에서와 같이, 상용 Maxwell equation Solver인 HFSS를 이용하여 비공진부 설계를 최적화하고 유동에 의한 방전의 불안정성을 고려하여 supporting구조를 도입하여 시스템이 설계 제작되어 대기압에서 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 PFC분해공정결과 그림 2, 3과 같이 전체유량 40 lpm에 이르는 고유속에서 95% 이상에 이르는 높은 분해효율을 보이고 있다.
본 마이크로웨이브 상압 플라즈마 폐가스 처리기술은 저압에서 작동되는 공진형의 마이크로웨이브 및 ICP 시스템 등에 비하여 상압에서 power coupling을 극대화 할 수 있어 반도체 장비 등의 dry pump 후단과 같은 높은 압력과 유속조건의 배기 라인에 설치가 가능하므로 공정용 챔버 여러 대에서 방출되는 FCs류 가스 이외에도 VOC를 포함한 여러 종류의 폐가스들에 대해서도 일괄 분해처리가 가능하다. 따라서 이러한 고효율의 End-of-Pipe형 가스정화 시스템이 반도체 CVD chamber cleaning이나 etching 공정에 적용될 경우에는 FCs류 가스 외 다른 종류의 gas scrubbing 공정을 위한 추가 설비투자가 필요 없고, 기존의 저압에서 작동되는 처리시스템들이 가지는 공정상의 문제, 경제성의 문제점 등을 획기적으로 개선 할 수 있다. 더욱이 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 폐가스 정화시스템은 기존의 상압 방전처리를 시도하고 있는 코로나 방전시스템, 광촉매와 유전체장벽방전 (DBD)을 복합적으로 이용하는 시스템과는 다르게 방전전극의 불량 및 수명한계의 제한점을 극복 할 수 있으며 power 변환 효율도 높아 경제성면에서 경쟁력이 우수한 장점도 가지고 있다.
Microwave 플라즈마를 이용한 표면처리 응용기술
마이크로웨이브 상압 플라즈마 표면처리/세정 시스템은 상압에서 1013-1015/cm3의 높은 전자 및 이온 중성 radical을 활용할 수 있으므로 증착효율을 크게 증대시킬 수 있는 장점이 있다. Polycarbonate(PC)는 Compact disk나 Reflectors substituting metallic devices, Electronics(Capacitors, Casings) 분야에 활용도가 매우 높은 물질이다. 표면처리를 위한 기판 holder에 Sample을 Scan하기 쉽게 직경 10mm의 도파관형을 선택하여 2 kW 범위의 마이크로웨이브 Power를 사용하여 우선 Ar과 O2, N2의 가스를 사용하여 출력 변화를 주면서 표면처리를 한 결과 그림 4 과 같이 PC 의 접촉각이 36.4° 에서 9.4° 로 줄어들도록 할 수 있다.
대기압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 Si-C 박막 증착 공정 응용기술
Si-C박막은 Large energy, High electron mobility, High break down field, High saturation drift velocity, High temperature mobility, High Chemical Inertness등 우수한 물성으로 인해 Electronics 및 Optoelectonics분야에 활용도가 매우 높은 물질이다.
마이크로웨이브 상압증착 시스템은 기존 thermal CVD시스템이 1300 oC이상의 고온을 필요로 하는데 반해 800~900 oC의 비교적 낮은 온도에서 박막성장이 가능하고 상압에서 1013~1015/cm3의 높은 전자 및 이온 중성 radical을 활용할 수 있으므로 안정된 공정 조건에서 증착효율을 크게 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
증착을 위한 기판 holder의 삽입 등 구조변경이 용이하도록 직경 30mm의 도파관형을 선택하여 그림 5의 마이크로웨이브 플라즈마 시스템을 사용하고, 증착전용 chamber와 sealing을 유지하기 위한 line구조를 설계/반영함으로써 상압 마이크로웨이브 플라즈마 증착시스템을 제작하여 실험 하였다. 1 ~ 2.5 kW 범위의 마이크로웨이브 power를 사용하여 Si(100)기판에 Si-C를 증착하였으며 이때 공정에 사용된 가스는 carbon source로서의 HMDS와 Ar/H2혼합가스를 사용하였고 방전을 안정적으로 유지하기 위하여 질소를 supporting가스로 주입하였으며, 20분간의 짧은 시간의 증착으로 수 ㎛의 두꺼운 막을 성장시킬 수 있었다. 증착된 막에 대하여 그림 6, 7에서 보는 바와 같이 XRD 및 SEM, AES, Raman scattering, FT-IR등의 분석 tool을 이용하여 결정성 및 화학결합의 종류, morphology등을 볼 수 있다.
상압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 HMDS를 원료로한 실리콘 기판상의 Si-C 박막 증착은 1.4㎛ 정도의 증착에 성공하였으며, 플라즈마를 이용한 표면 박막 코팅의 새로운 기술로 평가 받고 있다. 그림 6에서는 증착 공정에 수소를 첨가함에 따라 Si-H 결합이 증가하는 것을 FT-IR 스펙트럼에서 볼 수 있다. 이로 인하여 Si wafer의 최외층에 있는 Si-O 산화막이 사라지게 되어 Si-C 박막 성장에 도움을 주는 것을 알 수 있다.
상압 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 실리콘 웨이퍼위의 Si-C 박막 증착 공정은 기존의 고온 공정 온도를 낮추는 효과를 가져왔고, 박막의 성장에서도 만족할 만한 결과를 가져온 것으로 판단된다. 따라서 대부분의 Si 웨이퍼 상의 박막 코팅이 기존에 1000 ℃가 넘는 고온에서 이루어진 것을 감안하였을 때, 상압 마이크로웨이브를 이용한 Si 웨이퍼의 박막 코팅은 탄소 이외의 질소나, 황, 인 등과 같은 화합물 박막 코팅에도 큰 영향을 줄 것으로 기대되며, 좋은 물성을 지닌 소재를 개발하는데 중요한 기술로 작용할 것으로 기대된다.
대기압 마이크로웨이브 플라즈마 중수 누설 감지 시스템 응용기술
천연 우라늄을 핵연료로 사용하는 가압 중수로의 경우, 감속재 및 냉각재로 고가의 중수가 사용된다. 일반 물(천연수) 속에 함유되어 있는 0.015 %의 중수를 목적 순도(99.8 %이상)로 농축하는 데는 1 kg에 약 2백 달러의 고비용이 소요되며 600 MW 급 가압중수로를 기준으로 할 때 필요로 하는 중수의 양은 총 470톤 이상으로 막대한 에너지와 비용이 소요되고 있다. 우리나라에서 현재 가동 중인 가압 중수로는 월성 1, 2, 3 그리고 4호기의 총 4기이며 각 호기에서 현재도 분산형 적외선 분광 및 액체섬광계측 방식을 통하여 중수누설 감시가 행해지고 있다. 그러나, 분산형 적외선 분광기는 낮은 감도와 장비의 노후화에 따른 문제점이 있고, 액체섬광계수기는 소모품 구입비가 과다하게 소요되며 폐액 발생에 따른 복잡한 처리공정을 필요로 하는 등의 문제점을 안고 있다. 이러한 상황에 비추어 감시기술의 개선 또는 새로운 감시기술의 개발이 필요하다. 이 중 질량분석기를 이용한 중수누설 감시시스템은 시료 전처리를 위한 마이크로웨이브 플라스마 토치, 질량분석기, 시스템의 자동운영을 위한 운영시스템 및 그 외 시료운송과 유동제어를 위한 기타 설비로 전체 시스템이 구성된다.
안정적인 방전의 유지를 위해서 앞에서 언급한바와 같이 Maxwell equation solver인 HFSS(High Frequency Structure Simulator) code를 활용하여 플라즈마 방전부 설계를 하여, 본 설계의 결과로 100% Ar 방전만으로 플라즈마의 안정성을 확보할 수 있었으며, 중수검출을 위한 시료(H2O)외에 다른 이물질에 의한 영향을 받지 않을 수 있었다. 그림 8은 도파관형의 반응기에 대한 해석을 나타내고 있으며, 토치의 중심부에 강한 전기장이 형성되는 것을 볼 수 있다.
질량분석기의 detector로 SCEM(Sigle Channel Electron Multiplier)을 사용하여 2.0x10-6 torr의 조건에서 Ar gas 10lpm, H2O carrier 500 sccm의 조건으로 2 mol% D2O를 측정하였을 때의 결과는 그림 9와 같다. 플라즈마가 발생하였을 때와 발생하지 않았을 때 HD(3amu)의 신호가 HD 4.74x10-11 torr에서 1.32x10-9 torr로 증가하는 것을 알 수 있다.
본 연구를 통하여 냉각수 시료에 포함된 중수의 농도변화를 감지하여 누설경보 고지가 가능하며, 마이크로웨이브 대기압 플라즈마를 이용하여 중수(D2O)의 신호를 질량분석기로 감지할 수 있었다. 증폭된 신호는 대략 2 order정도로 경수(H2O) 대비 중수의 농도가 수 ppm의 안정성을 가지는 것으로 결과가 나왔으며, 데이터의 후처리로 농도의 변화를 찾을 수 있음을 알 수 있었다.
결론
플라즈마는 코팅, 반도체 etching, 플라즈마 cleaning, 표면활성화 분야 등 material processing 분야에 널리 사용되어 왔으며, 그 적용 분야도 점차로 확대되고 있다. 특히 중 주파수 영역인 mid-frequency를 이용한 DBD 상압 플라즈마 및 마이크로웨이브 source를 이용한 상압 플라즈마 토치에 대한 연구가 몇몇 연구진에 의하여 추진되어 기존의 진공 플라즈마의 제한점을 극복할 수 있는 새로운 고부가가치 적용기술 개발이 활발히 추진되고 있다. 그 중에서 특히 마이크로웨이브 상압 플라즈마 방전기술은 760 torr의 압력상태로 인한 높은 밀도의 플라즈마 활성종에 사용되는 GHz 영역의 고주파 마이크로웨이브에 의한 다양한 크기와 모양의 상압 방전 캐비티 설계의 용이함 등에 기인하여 고효율의 균일한 플라즈마 생성이 가능하다. 이러한 마이크로웨이브 플라즈마의 특징은 보다 다양하고 경쟁력 있는 실질적인 상압 플라즈마 기술의 적용을 가능하게 하며, 특히 진공장비를 별도로 필요로 하지 않는 상압 플라즈마 기술과 마이크로웨이브 플라즈마가 가지는 장점 때문에 ashing, DLC coating, diamond coating 등 비전도성의 초경 및 기능성 박막 코팅기술, 고효율 소결기술 및 폴리머 등의 표면 활성화 분야 등에 그 적용기술이 연구되고 있다. 또한 마이크로웨이브 상압 플라즈마 기술은 기존의 DC 방법으로 인한 저밀도 플라즈마의 제한점, 저압 RF 및 저압 마이크로웨이브 방법으로 인한 공정의 고비용 문제점 등을 해결함으로써 경제적, 기술적 측면의 개선효과가 동시에 기대되는 분야이기도 하다.
참고문헌
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10) Jeong H. Kim, Yong C. Hong, Hyoung S. Kim, and Han S. Uhm, Simple Microwave Plasma Source at Atmospheric Pressure, Journal of Korean Physical Society, Vol42, Supp. Issue 3, S876 (2003)
● 고등기술연구원 / 플라즈마기술센터 소개
고등기술연구원은 과학기술부의 인가를 받아 설립된 비영리 산업기술연구조합으로, 대기업, 벤처 중소기업, 대학교, 연구기관 등의 다양한 조합원으로 구성되어 있으며, 조합원사의 경쟁력 향상을 위한 연구 및 중소기업 지원 연구개발 활동 등을 통하여 독립적인 공익민간연구기관으로 성장하고 있습니다. 특히, 독립 민간연구기관으로서는 최초로 연구개발 분야에 대한 ISO9001:2000 품질경영시스템 인증을 획득하였으며, 이를 바탕으로 보다 효율적이고 고객지향적인 연구개발 활동을 수행하고 있습니다.
현장기술 지원: 첨단기술 분야를 전통 제조업에 접목시켜 생산성 향상을 도모하는 등 생산현장에서 자체적으로 해결이 어려운 기술적 문제를 다양한 전문기술력을 동원하여 해결함으로써 원활한 생산이 이루어지도록 합니다. 이 과정에서 장기적으로 해결해야 할 기술과제를 파악하고 현장과 연구소를 연결하는 인적 네트워크를 구축하게 됩니다. 특히 공익성 있는 연구기관으로서 중소기업청에서 주관하는 중소기업 생산현장직무기피요인 해소사업에 꾸준히 참여하여 중소기업의 애로기술 해결을 위한 기술개발 및 지원을 확대하고 있습니다. 또한, 오늘날 급변하는 기술 환경에서 현장의 기술적 문제를 파악하고 해결할 수 있는 우수한 자질을 갖춘 엔지니어 양성을 위해 아주대학교 시스템공학과 학위과정과 단기 전문기술 과정을 운영하고 있습니다.
핵심 요소기술 개발: 외부에서 도입된 요소기술을 활용하여 생산된 제품은 이를 개선할 때도 그 원천기술은 외부에 의존할 수밖에 없으므로 많은 기술료를 지급해야 될 뿐만 아니라, 이러한 기술 종속 관계에서는 세계적인 제품으로 발전이 불가능하게 되므로 요소기술의 확보는 필수적입니다. 고등기술연구원은 제품의 성능과 품질을 결정하는 핵심 요소기술을 개발하여 고객에게 이전합니다.
신기술 개발: 앞으로 단순 기능 위주의 제품들은 시장에서 밀려나고 다양한 기능을 갖춘 지능형 제품들이 그 자리를 차지하게 될 것입니다. 고등기술연구원은 차세대 신제품을 개발하거나 기존 제품을 개량하는데 필요한 신기술을 개발합니다.
첨단기술 개발: 미래형 고부가가치 제품에 적용될 첨단기술 개발은 고객의 비즈니스 성공은 물론 고등기술연구원이 자립형 독립 민간연구기관으로 발전하기 위한 필수적인 과제입니다. 비록 쉽지 않는 목표지만 새로운 시장과 높은 부가가치를 창출할 수 있는 첨단기술 개발이 고객과 고등기술연구원의 21세기를 결정할 것입니다.
다양한 분야에 적용 가능한 플라즈마/전자파/레이저 응용기술의 상품화 기술개발
플라즈마를 이용한 반도체, 전자파, 디스플레이, 조선, 건설, 자동차, 방위산업, 폴리머, 바이오, 환경산업 등 다양한 분야에 경쟁력 있는 플라즈마응용기술의 상품화기술 제공을 목적으로, 저온/상압 플라즈마 표면처리 기술, TWT(Traveling Wave Tube)기술, M/W(Microwave) 플라즈마기술, PSII & PACVD 플라즈마기술, 레이저응용기술, 대기환경 응용기술을 중점적으로 개발하고 있습니다. 또한, 과학기술부 국가지정연구실로 운영되고 있는 플라즈마연구실의 플라즈마재료공정/설계응용기술과 청정에너지연구실의 레이저응용공정/환경관련기술 등의 확보를 통한 부가가치 창출을 목표로 원천기술개발은 물론 재료의 종합적인 연구개발 및 체계적인 지원을 제공하고 있습니다.
<플라즈마기술>
-저온/상압 플라즈마시스템 설계 및 표면처리기술(표면처리, 폐가스정화, 제독, 수소저장재, 고속증착)
-PSII, PACVD 등 플라즈마 진공 코팅기술
-고출력 전자파 발생관련 국방 및 민수분야의 필수장치(위성통신 및 방송용의 LMDS, 항공, 해상에서의 ECM과 위성과 레이더에서의 microwave source)의 제작에 근본이 되는 진행파관(TWT) 국산화개발 및 Vacuum Tube 등의 개발기술
-UHF 대역의 RFID 응용기술
-초음파/RFEC 비파괴 평가기술, 양전자소멸기술(극미세 나노결함분석), SEM, XRD, ICP-MS, FTIR 등의 분석기술
<청정에너지기술>
-레이저/플라즈마 단독/복합응용 청정공정/청정에너 지기술 개발
-레이저 초정밀측정장치, 레이저응용 미세공정기술, 레이저 광화학반응응 용 제조기술
-플라즈마/광에너지 단독/복합 유해물질(NOx, Dioxin, VOCs) 제거/저감기술 등
문의: 고등기술연구원 플라즈마기술센터
김형석 박사
Tel: 031-330-7515 (011-9446-5144)
E-mail: hskim@iae.re.kr / hyoungskim@hotmail.com
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