Ar/He 혼합가스 유도 결합 플라즈마에서 두 가지 랑뮤어 프로브를 이용한 개별 이온 밀도 측정 방법에 관한 연구

Abstract

아르곤/헬륨 혼합 가스 유도 결합 플라즈마에서 부유 고조화 분석법 (floating harmonic method)과 전자 에너지 확률 함수 (electron energy probability function) 측정을 사용하여 개별 이온 밀도 측정과 반경 방향 분포 측정 방법에 관해 연구된다. 이온 밀도를 측정하기 위해서 부유 고조화 분석법을 이용하여 이온 포화 전류를 측정하고, 전자 에너지 확률 함수 측정을 이용하여 전자 온도와 전자 밀도를 구한다. 또한, 이온 밀도를 구하기 위해 플라즈마 준중성, 이온 음파의 분산 관계, 이온 포화 전류 공식을 사용한다. 공통 봄 속도를 사용한 경우와 개별 봄 속도를 사용한 경우의 이온 밀도를 비교한다. 다양한 조건에서 전력이 증가하면, 아르곤과 헬륨 이온의 밀도가 높아지는 반면에 압력이 증가 하면, 아르곤 이온 밀도는 증가하고 헬륨 이온 밀도는 감소한다. 아르곤 비율과 압력이 증가하면, 전자 밀도는 증가하지만 전자 온도는 감소한다. 결과적으로, 헬륨을 이온화시킬 수 있는 전자 수가 적어져서 헬륨 이온 밀도는 감소한다. 5 mTorr 에서 제안하는 방법으로 측정한 Ar+ 와 He+ 의 반경 방향 분포는 Ar+ 분포가 중앙에서 높은 분포를 보이는 반면에 He+ 분포는 상대적으로 균일하다.|A method for measuring individual ion density and for measuring radial distribution is developed in an argon/helium mixture inductively coupled plasma using the floating harmonic method (FHM) and the electron energy probability function (EEPF) measurement. In order to measure the ion density, the ion saturation current is measured using the FHM, and the electron temperature and electron density are obtained from the EEPF measurement. In addition, plasma quasi-neutrality, ion acoustic wave dispersion relation, and ion saturation current formula are used to obtain the ion density. Ion density is compared for the case of using the common Bohm velocity and for the case of using the individual Bohm velocity. Under various conditions, increasing power results in higher density of both argon and helium ion, while argon ion density increase and helium ion density decreases with pressure. With increasing argon ratio and pressure, electron density increases, but electron temperature deceases. Consequently, fewer electrons are available to ionize He, leading to a reduction in helium ion density. The measured radial distributions of argon and helium ion at 5 mTorr reveal that the argon ion distribution exhibits a center-high distribution, whereas the helium ion distribution is relatively uniform.