랭뮤어프로브의 RF보상을 위한 외장수동필터 설계

Abstract

국 문 요 지

본 논문은 대표적인 전기적 플라즈마 진단법인 랭뮤어프로브에 관한 내용을 기술 하고 있다. 신뢰도 높은 플라즈마 변수를 측정하기 위하여 기존에 연구된 외장수동필터의 회로를 모델별로 분류하여 장단점을 분석하고, 최적화된 모델로 회로를 설계하였다. 설계된 외장수동필터의 Radio Frequency (RF) 전위변동 보상을 확인하기 위해 다양한 방전조건에서 Electron Energy Distribution Function (EEDF) 을 측정하였다. 또한, 플라즈마 상태에 따라 변하는 외장필터의 주파수응답을 외부에 설계된 가변 커패시터를 조절하여 RF전위변동을 실시간으로 보상하였다. 기존 연구된 외장수동필터 회로들의 주파수응답 특성을 분석하기 위해 이 회로들을 이루고 있는 LC공진회로의 주파수응답 수식을 정리고, 주파수 응답특성을 그래프로 도시하여 해석 (그래프 도시해석법) 할 수 있도록 복잡한 수식을 정한 오차범위 내에서 간단하게 수정하였다. 그래프 도시해석법을 이용하여 외장수동필터의 모델을 직렬모델, 병렬모델로 분류하고 장단점을 비교하였다. 이를 기반으로 측정하고자 하는 시스템에 최적화된 직병렬모델을 개발하였다. RF전위변동이 랭뮤어프로브로 측정된 EEDF에 미치는 왜곡의 종류와 이유에 대해 기존 연구들을 정리하였다. 외장필터의 사용여부에 따라 EEDFs를 측정하여 왜곡이 심한 낮은 전자에너지 영역의 RF전위변동 보상을 확인 하였다.외장수동필터는 그 회로가 설계된 위치적 용이함 때문에 주파수응답을 가변커패시터의 조절을 통해 즉각적으로 바꿀 수 있다. 플라즈마의 상태를 방전조건 변경으로 임의로 바꾸어 보상이 잘 된 EEDF를 왜곡시킨 후 가변 커패시터의 조절을 통해 즉각적으로 RF전위변동을 보상하였다. 위의 과정들을 통하여 최적화하여 설계한 직병렬모델 외장수동필터가 다양한 플라즈마 상태에 대한 RF보상능력과 그 고유한 특성인 실시간 보상이 가능함을 확인하였다.