KR100672230B1 - 동공 음극 플라즈마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동공 음극을 이용한 플라즈마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상의 AC 고전압 전원공급장치를 이용하여 간단하고 경제적인 방법으로 1기압에서 플라즈마를 발생시키는 동공 음극 플라즈마 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

그리고 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고전압을 공급하는 AC 고전압 전원공급장치와; 플라즈마 생성가스가 통과하는 동공 음극과; 동공 음극을 감싸고 있는 절연체; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 1기압 동공 음극 플라즈마 장치를 제공한다.

플라즈마, 동공 음극, 1기압

Description

동공 음극 플라즈마 장치 {DEVICE OF CAVITY-CATHODE PLASMA}

다음에 상세히 기술할 설명은 나열된 도식들을 참조함으로서 본 발명을 더욱 쉽게 이해할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 동공 음극 플라즈마 장치의 구성을 예시한 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 동공 음극 플라즈마 발생 시의 전압 파형,

도 3은 본 발명을 이용하여 발생시킨 동공 음극 플라즈마 사진,

도 4는 본 발명의 또 다른 일례를 보여주는 단면도이다.

본 발명은 동공 음극을 이용한 플라즈마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상의 AC 고전압 전원공급장치를 이용하여 간단하고 경제적인 방법으로 1기압에서 플라즈마를 발생시키는 동공 음극 플라즈마 장치에 관한 것이다.

많은 산업분야에서 활발히 사용되어지는 플라즈마는 저온 글로우 플라즈마로서 반도체 공정에서 플라즈마 식각 및 증착, 금속이나 고분자의 표면처리, 신물질의 합성 등에서 사용되고 있다. 또는 공정의 미세화, 저온화의 필요성 때문에 플라즈마 공정이 종래의 공정을 대체하고 있으며, 경우에 따라서는 플라즈마만이 제공 할 수 있는 물질이나 환경을 이용하기 위한 응용분야가 점점 확대되고 있다. 플라즈마 기술에는 진공 챔버를 사용하는 진공 플라즈마와 수천 도의 고열을 발생시키는 아크성의 방전으로 금속 용사 코팅 등에 사용되는 고열 플라즈마 및 상온 내지 200 ℃의 낮은 온도에서 사용 가능한 1기압 플라즈마 기술이 있다.

일반적으로 1기압에서 플라즈마를 발생시키는 방법으로는 고전압을 이용한 방법과 고주파를 이용하는 방법이 있다. 첫 번째로, 고전압을 이용한 플라즈마 장치는 일정한 거리를 둔 두 평판 전극에 고전압을 인가하여 전기장을 형성시켜 전극 사이에서 플라즈마를 발생시키는 방법을 이용하고 있다. 또는 두 전극 또는 한쪽 전극에 유전체를 부착시켜 플라즈마 유광(Streamer) 발생을 억제시키기도 한다. 두 번째로, 고주파를 이용하는 방법에서는 주로 라디오 주파수 대역을 이용하는 RF(Radio Frequency) 플라즈마와 2.45 GHz 주파수를 이용하는 마이크로웨이브 플라즈마가 있다. 라디오 주파수 대역의 플라즈마 장치는 동축 형태의 반응기에 RF 파워를 인가하고 동축의 두 전극 사이에 불활성 가스, 예를 들어 아르곤이나 헬륨 가스, 를 흘려주어 토치 형태의 플라즈마를 발생시킨다. 2.45 GHz 마이크로웨이브 플라즈마 장치는 마이크로웨이브를 일정한 공간으로 전파하도록 하는 도파관의 특정 위치에 유전체 관을 삽입하고 그 유전체 관으로 플라즈마 가스, 예를 들어 공기, 질소, 산소, 비활성 가스 등등, 를 흘려주고 스파크로 점화시켜 비교적 높은 온도의 플라즈마 토치를 생성한다.

본 발명은 상기 설명한 1기압 플라즈마 발생장치 외에, 대기압에서 간단하고 경제적인 방법으로 플라즈마를 발생시키기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 통상의 AC 고전압 전원공급장치를 이용하여 상온의 동공 음극 플라즈마를 발생시켜 안정적인 플라즈마 발생장치를 제공함에 있다.

본 발명은 동공 음극 플라즈마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 통상의 AC 고전압 전원공급장치를 이용하여 간단하고 경제적인 방법으로 1기압에서 플라즈마를 발생시키는 동공 음극 플라즈마 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이 하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시 예에 따르면, 도 1에 도시한 바와 같이 동공 음극 플라즈마 장치는 고전압 전원공급장치(10)와 연결된 두 전극은 동공 음극(20)과 접지 전극(30)과 연결되어있다. 동공 음극(20)은 속이 빈 관 형태의 바늘과 같으며 스테인레스 스틸 또는 전도성이 좋은 금속 재질의 전극으로 구성되며, 그 내경은 수백 ㎛에서 수 mm일 수 있다. 접지 전극(30)은 공기 중에 떠있으며 절연체로 절연되어 있다. 아르곤이나 헬륨, 그리고 아르곤과 산소의 혼합가스로 구성되는 플라즈마 가스(70)는 가스 공급부(60)를 통해 동공 음극(20)으로 주입되며 동공음극(20)은 석영관이나 유리관과 같은 절연체 관(40)으로 쌓여져 있다. 그 절연체 관(40)은 동공 음극 보다 길거나 짧을 수 있다. 고전압 전원공급장치(10)에 의해 공급된 고전압에 의해 동공 음극(20)의 끝에서 플라즈마(50)가 발생하게 된다. 발생된 동공 음극 플라즈마(50)는 상온 1기압 플라즈마이다.

도 2는 통상의 고전압 전원공급장치(10)의 전압 파형(80)과 동공 음극(20)과 연결되어 플라즈마가 발생하였을 때에 전압 파형(90)을 보여주는 전압 파형도이다. 본 발명의 일실시예에 사용된 통상의 고전압 전원공급장치(10)의 출력 주파수는 20 ㎑이며 동공 음극 플라즈마가 발생하였을 때에는 3 배가 빨라진 60 ㎑의 출력 주파수를 보여주고 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 동공 음극 플라즈마(50)를 보여주는 실제사진이다. 이때에 동공 음극(20)은 내경 1 ㎜, 외경 1.6 ㎜의 스테인레스 스틸의 전극과 동공 음극(20) 전극보다 3 cm 가량 긴 유전체 관(40)이 사용되었고 분당 1.5 리터의 아르곤 가스가 주입될 때, 유전체 관(40) 밖으로 3 내지 5 cm 가량의 플라즈마가 공기 중으로 분출되었다.

도 4는 간단히 복수개의 동공 음극 플라즈마(100)를 연결함으로서 대면적의 플라즈마를 발생 가능케 하는 장치의 도면이다. 가스 분배기(65)는 복수개의 동공음극으로 같은 량의 가스를 공급해주는 역할을 한다.

본 발명은 통상의 고전압 전원공급장치와 동공 음극을 이용하여 간단하고 경제적인 방법으로 상온 1기압 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 그 구조가 간단할 뿐만 아니라 복수개의 동공 음극 플라즈마를 연결하여 대면적의 플라즈마를 쉽게 발생시킬 수 있다. 따라서 협소하고 3차원적인 모형을 가지는 폴리머 및 금속 재질의 표면처리에 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 상온 1기압 플라즈마를 발생시키는 장치에 있어서,

   통상의 고전압 전원공급장치;

   상기 전원공급장치와 연결된 동공 음극과 공기 중에 떠있는 접지 전극;

   동공 음극을 감싸고 있는 절연체 관;

   상기 동공 음극으로 플라즈마 가스를 주입하는 가스 주입부;

   를 포함하는 동공 음극 플라즈마 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 동공 음극은,

   스테인레스 스틸, 구리, 알루미늄 등의 전도성 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 동공 음극 플라즈마 장치.
3. 제 1항에 있어서, 전원공급장치는,

   1 Hz에서 100 ㎒의 주파수 대역을 갖는 것을 특징으로 하는 동공 음극 플라즈마 장치.
4. 제 1항에 있어서, 동공 음극은,

   수 ㎛에서 수 ㎜의 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 동공 음극 플라즈마 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   복수개의 동공 음극 플라즈마 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 동공 음극 플라즈마 장치.
6. 제 5항에 있어서, 복수개의 동공 음극 플라즈마 장치는,

   동일한 가스량이 주입되도록 가스 분배기가 설치되는 것을 특징으로 하는 동공 음극 플라즈마 장치.

Images