그림 3.1.2 불활성가스의 전리 충돌 단면적 가스종류 He Ne Ar Kr Xe 전리전압 (V) 24.6 21.57 15.76 14.0 12.13 표 3.1.1 불활성가스의 전리 전압 Plasma laboratory, SNU

그림 3.1.3 He 원자의 에너지 레벨 : Singlet(S=0) 과 Electronic Configuration of Xe 그림 3.1.3 He 원자의 에너지 레벨 : Singlet(S=0) 과 Triplet(S=1) 으로 나누어 있다. Plasma laboratory, SNU

selection rule for dipole radiation 천이가 금지된 레벨 : Metastable ( 긴수명 ) Plasma laboratory, SNU

표 3.1.2 불활성 가스의 Resonance level 과 Metastable level 의 에너지와 수명 Plasma laboratory, SNU

Penning Mixture Plasma laboratory, SNU

그림 3.1.4 Ar/Ne 혼합가스비에 따른 방전 개시 전 압의 감소 Plasma laboratory, SNU

• Excitation (rotational, vibrational, electronic) : 충돌 반응의 종류 (a) 전자의 충돌에 의한 반응 • Excitation (rotational, vibrational, electronic) : e + M  M* + e • Dissociative attachment : e + M2  M- + M+ + e • Dissociation : e + M2  2M + e • Ionization : e + M  M+ + 2e • Dissociative ionization : e + M2  M+ + M + 2e Plasma laboratory, SNU

(b) 무거운 입자(heavy particles) 간의 비탄성 충돌에 의한 반응 • Penning dissociation : M* + A2  2A + M • Penning ionization : M* + A  A+ + M + e • Charge transfer : M+ + A  A+ + M • Collisional detachment : M + A-  A + M + e • Associative detachment : A- + A  A2 + e Plasma laboratory, SNU

• Ion-ion recombination : M+ + A2+  A2 + M • Electron-ion recombination : e + A+  A e + A+ + M  A + M • Atom recombination : 2A + M  A2 + M • Atom abstraction : A + BC  AB + C • Atom addition : A + BC + M  ABC + M Plasma laboratory, SNU

(c) 혼성(Heterogeneous) 반응 ( S : 플라즈마와 접하고 있는 고체 표면 ) • Atom recombination : S - A + A  S + A2 • Metastable de-excitation : S + M*  S + M + h • Atom abstraction : S - B + A  S + AB • Sputtering : S - B + M+  S+ + B + M Plasma laboratory, SNU

Plasma laboratory, SNU

Electron Energy Balance (탄성충돌만 고려) Mean Electron Energy Plasma laboratory, SNU

A) Electron Impact Ionization 플라즈마의 생성과 소멸 1. Ionization A) Electron Impact Ionization 여기서 Plasma laboratory, SNU

I : 전리전압 Plasma laboratory, SNU

Townsend’s Ionization Coefficient Plasma laboratory, SNU

gas h=I(eV) (Å) (10-18 cm2 ) He 24.6 504 7.4 Ne 21.6 575 7.8 B) Photoionization gas h=I(eV) (Å) (10-18 cm2 ) He 24.6 504 7.4 Ne 21.6 575 7.8 Ar 15.8 787 35 Plasma laboratory, SNU

Photoionization Cross Section Plasma laboratory, SNU

C) Ionization by Excited Atoms Ionization by Atoms or Molecules requires Ionization by Resonance Excited Atom Ionization by Metastable Atom (Penning Effect) Plasma laboratory, SNU

D) Associative Ionization A + A*  A2+ + e Plasma laboratory, SNU

A) Electron-ion recombination 2. Bulk Recombination A) Electron-ion recombination Plasma laboratory, SNU

B) Dissociative Recombination A2+ + e  A + A* Dissociative Recombination Coeff. Plasma laboratory, SNU

Conversion reaction 가스 He Ne Ar Kr Xe 0.63-0.15 0.42-0.79 1.46-3.9 1.9-2.7 3.6 Plasma laboratory, SNU

For Plasma laboratory, SNU

C) Radiative Recombination D) Ion-ion Recombination E) Attachment and Detachment Important for Electronegative gas (O, O2 ,Cl, SF6) Plasma laboratory, SNU

Charged Particle Density where flux D : Diffusion Coeff. 3. Diffusion Loss Charged Particle Density where flux D : Diffusion Coeff. Mean electron lifetime where L1, L2, L3 : 3변의 길이 Plasma laboratory, SNU

: Characteristic temperature Characteristic Temp of Ne, Ar Plasma laboratory, SNU

Ambipolar Diffusion Since and Plasma laboratory, SNU

3.2 기체 방전 특성 3.2.1 기체 방전의 전류대전압 특성 곡선 그림 3.2.1 기체 방전의 전류 - 전압 특성곡선 3.2 기체 방전 특성 3.2.1 기체 방전의 전류대전압 특성 곡선 그림 3.2.1 기체 방전의 전류 - 전압 특성곡선 Plasma laboratory, SNU

 non-self sustained discharge (no current flows when tube is blocked) * Prebreakdown Stage 특징 :  Small Current ( A)  non-self sustained discharge (no current flows when tube is blocked)  균일저장  발광이 거의 없음. Plasma laboratory, SNU

가) Townsend Discharge 특성 (  - process ) Plasma laboratory, SNU

표 3.2.1 불활성 가스의 Ionization coefficient와 적용범위 Plasma laboratory, SNU

나) Townsend 의 2차 계수 (  - process )  Plasma laboratory, SNU

 ,  로 부터 Plasma laboratory, SNU

전극간격에 따른 Townsend 전류의 변화 (균일전장) Plasma laboratory, SNU

Breakdown 조건 방전 개시 전압은 Plasma laboratory, SNU

Plasma laboratory, SNU

Breakdown 조건 방전 개시 전압은 Plasma laboratory, SNU