약한 외부자장에 의한 유도결합형 플라즈마에서의 Helicon wave 발생에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 대면적 금속반응기에 13.56MHz RF 전력을 이용하여 ICP(Inductively Coupled Plasma)를 발생하고, 외부에 약한 자기장(B<70G)을 인가하였을 때 플라즈마 내부에서 helicon wave의 전파현상을 관찰하였다. 기존의 ICP에 사용되는 안테나와 달리 직경이 서로 다른 두 개의 1turn 안테나를 직렬연결하여 안테나의 내부와 외부에 흐르는 전류의 방향을 반대가 되도록 하였다. 안테나에 의해 유도되는 자기장의 시간에 따른 변화량(∂B/∂t )을 자기탐침을 이용하여 측정하였으며 유도되는 자기장의 방향성분을 측정하여 비대칭성을 갖는 m=1 mode임을 확인하였다. 발생된 플라즈마의 밀도는 Langmuir탐침을 이용하여 측정하였고, 측정된 밀도는 2.4 `times `10^10 `cm^{-3} ``SIM ``2.3`times `10^11 `cm^{-3} 이었다. 외부자기장은 두 개의 Helmholtz coil을 이용하여 인가하였으며 인가된 자기장은 축상으로 균일하고 최대 70G를 넘지 않았다. 플라즈마밀도는 인가전력에 비례하여 증가하였으며 외부자기장의 변화에 따라 최대 25%의 변화를 나타내었다. 측정한 밀도와 외부에 주어진 자기장을 dispersion relation에 대입하여 계산된 wave number와 자기탐침을 이용하여 측정한 wave number를 비교하여 전파된 wave가 helicon wave와 일치함을 확인하였다.