KR101575145B1 - 진공 아크 플라즈마 이송 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고품질 코팅을 형성하기 위한 진공 캐소딕 아크 부식 플라즈마 흐름을 형성하는 기술에 관한 것이다. 플라즈마 흐름은 플라즈마-광학 시스템에서 전자기 코일의 사용하여 생성되는 이송 자기장의 영향 아래에서 아크 증발기로부터 플라즈마 소스의 아웃렛으로 이송된다. 이송 자기장은 일정 자기장과 플라즈마 소스의 구조 요소들의 표면으로부터 플라즈마를 편향시키는 가변 강도의 추가 자기장의 중첩에 의해 생성된다. 대응하는 추가 자기장의 강도는 플라즈마 흐름이 플라즈마 소스의 구조 요소의 표면에 접근할수록 증가하고 플라즈마 흐름이 상기 요소의 표면으로부터 멀어지게 이동할수록 감소한다. 이 방법을 구현하기 위한 장치에서, 진공 아크 파워 공급(15)은 전자기 코일(16)의 권선에 의해 애노드(2)에 연결되고 상기 전자기 코일(16)은 상기 애노드를 둘러싼다. 플라즈마-광학 시스템의 선형 실시예에서, 애노드(2) 내의 튜브(11)의 전기전도성 섹션은 전자기 편향 코일(12)의 권선의 일 단에 전기적으로 연결된다. 권선의 다른 단은 진공 아크 파워 공급(15)의 양극 단자에 연결된다. 상기 방법과 장치의 사용은 매크로파티클-프리(macroparticle-free) 플라즈마의 손실을 크게 감소시킨다.

Description

진공 아크 플라즈마 이송 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR TRANSPORTING VACUUM ARC PLASMA}
본 발명은 내마모성(wear-resistant), 저마찰성, 장식성 등 다양한 응용의 고품질 코팅을 생성하기 위한 진공 캐소딕 아크 플라즈마(vacuum cathodic arc plasma) 흐름의 생성을 위한 기술, 그리고 이온 및/또는 전자 플럭스를 가지는 방사(irradiation)에 의한 물질의 표면 개질(surface modification)을 위한 기술에 관한 것이다.
매크로파티클 필터링을 구비하는 진공 캐소딕 아크 플라즈마는, 전자가 자기화 되어 있고 이온이 비자기화 되어 있을 때, 교차하는 전기 및 자기 장에서 이송된다고 알려져 있다. 그러한 조건에서 플라즈마의 이온들은 광학적으로 집중되고, 그러한 집중을 가능하게 하는 시스템은 플라즈마-광학 시스템(plasma-optical system)이라고 불린다.
진공 캐소딕 아크 플라즈마는 진공 캐소딕 아크 스팟의 액상 페이즈(liquid phase)로부터 생성되는 고속(high-speed) 플라즈마 젯트 및 매크로파티클 흐름(macroparticle flows)의 형태로 캐소딕 아크 증발 과정에서 진공 캐소딕 아크 스팟에 의해 생성된다. 캐소딕 아크 스팟들로부터 유래되는 매크로파티클들은 플라즈마 이온에 비해 큰 질량 및 질량 단위 당 작은 전하(charge)에 의해 특징되기 때문에 자기 또는 전기 장과 독립적으로 사실상 선형 궤적 상에서 이동한다. 따라서 매크로파티클들은 단지 스크린(screens) 형태의 적절한 수단을 사용하여 반사될 수 있거나 특별한 트랩(traps)에 의해 포집될 수 있다. 플라즈마 종류의 많은 부분이 이들 수단에 증착되기 때문에, 매크로파티클들을 반사시키거나 포집하기 위한 수단의 존재는 이송 시스템 아웃렛(transport system outlet)에서 플라즈마 흐름을 크게 감소시킨다.
알려진 방법 [1]은 전자기 코일(electromagnetic coils)에 의해 유도되는 곡선형(curvilinear)의 일정 이송 자기 장에 대응하여 캐소딕 아크 증발기(cathodic arc evaporator)로부터 플라즈마 소스 아웃렛까지 매크로파티클 필터링을 가지는 진공 캐소딕 아크 플라즈마의 이송을 제공한다.
알려진 플라즈마-광학 시스템 [1]은 캐소딕 아크 증발기로부터 플라즈마 소스까지 매크로파티클 필터링을 갖는 진공 캐소딕 아크 플라즈마의 이송을 제공하고 플라즈마 가이드를 포함한다. 이송 자기 장은 캐소드(cathode), 애노드(anode) 및 플라즈마 가이드를 둘러싸는 전자기 코일에 의해 형성된다. 이 시스템에서, 플라즈마 가이드는 쿼터 토러스(quarter torus) 형상으로 휘어지며 애노드로부터 전기적으로 절연된다.
그러나 그러한 곡선의 플라즈마-광학 시스템에서의 플라즈마 이송 손실의 감소는 강력한 자기장 또는 큰 플라즈마-가이드 및 애노드 단면들을 요구한다. 이는 알려진 방법 및 장치의 적용에서 불리한 점이다. 다른 불리한 점은 플라즈마 가이드 아웃렛의 단면에서의 플라즈마 흐름 강도의 큰 불균일성(inhomogeneity)이다. 그러한 플라즈마-광학 시스템을 갖는 플라즈마 소스의 아웃렛에서의 시간-평균(time-averaged) 플라즈마 흐름은 캐소드 (전면) 작동 표면의 주변 영역으로부터 방출될 때, 큰 플라즈마 손실에 기인하여 기판에 불규칙하게 분포된다. 따라서, 플라즈마 흐름 축에 대해 배치되어야 하는 그 축에 대한 기판의 회전 없이 캐소드 직경보다 큰 스팟 직경을 가지는 표면에 균일한 두께의 코팅을 형성하는 것은 매우 도전적인 것이다.
본 출원의 방법의 시발점(starting point)은 매크로파티클 필터링을 가지는 진공 캐소딕 아크 플라즈마를 전자기 코일에 의해 유도되는 곡선형 일정 이송 자기장에 대응하여 캐소딕 아크 증발기로부터 플라즈마 소스 아웃렛으로 이송하기 위한 방법 [2]이다.
본 출원의 장치의 시발점은 매크로파티클 필터링을 가지는 진공 캐소딕 아크 플라즈마를 캐소딕 아크 증발기로부터 플라즈마 소스 아웃렛으로 이송하기 위한 플라즈마 가이드를 갖는 알려진 선형 플라즈마-광학 시스템 [2]이다. 이 플라즈마-광학 시스템은 매크로파티클 반사기들을 갖는 애노드와 플라즈마 가이드, 그리고 일정 이송 자기장을 유도하기 위한 전자기 코일들을 포함한다. 코일들은 캐소드, 애노드, 그리고 플라즈마 가이드를 둘러싼다. 애노드 내에 애노드 축 상에 배치되며 캐소드를 향하는 닫힌 단(closed end)을 가지는 전기전도성 튜브 세그먼트로서 형상화되는 매크로파티클 반사기가 있다. 튜브 세그먼트 내에 캐소드, 애노드, 및 플라즈마 가이드를 둘러싸는 전자기 코일들에 의해 유도되는 자기장과 반대 방향을 향하는 자기장을 생성하도록 디자인된 동축으로 배열된 전자기 편향 코일(electromagnetic deflection coil)이 있다. 캐소딕 아크 증발기는 전용 파워 공급 소스에 의해 전원이 공급된다.
이 방법과 장치를 사용할 때, 진공 전기적 아크 방전에서 아크의 캐소드 스팟들로부터의 플라즈마 흐름들은 이송 자기장을 따라 이동하고 애노드 내에서 튜브 세그먼트 주위를 이동한다. 이는 단면에의 증착에 의해 플라즈마 손실을 다소 감소시킨다.
그러나, 그러한 손실의 다소의 감소에도 불구하고, 시발점으로 추정된 이 방법 및 이 방법이 수행되는 플라즈마-광학 시스템은 그 이송 동안의 플라즈마 흐름의 큰 손실들을 갖는 불이익이 있다. 그러한 불이익의 하나는 길이방향으로 증가된 자기장 세기에 기인하는 내측 애노드 표면과 튜브 세그먼트의 외측 횡방향 표면 사이의 자기 미러(magnetic mirror)의 형성이다. 그에 따라, 자기장에 대한 길이방향에서보다 자기장을 가로지르는 방향에서 더 큰 운동 에너지를 가지는 플라즈마 전자들이 자기장 최대값들에 의해 제한되는 자기 트랩(magnetic trap)에 의해 포획된다. 그러한 최대값의 하나는 작동 캐소드 끝 면 가까이에서 발견되고, 다른 하나는 애노드 내측 표면과 상기 튜브 세그먼트의 외측 측방향 표면 사이에 있다. 전자들은, 자기장을 따라 움직이면서 자기장 최대값에 의해 그 영역들에서 형성되는 장 집중(field concentration)으로부터 반복적으로 반사되면서, 플라즈마 흐름으로부터 애노드 내측 표면 쪽으로 신속히 이탈된다. 그러한 전자들의 이탈은 충돌을 뒤따르는 자기장을 가로지는 그 발산에 기인하고 또한 자기장에서 플라즈마 제트의 가로지르는 방향으로 분극된 전기장에 대응하여 애노드 내측 표면을 향하는 전자 이동에 기인하여 일어난다. 그러한 분극은 자기장과 외측 전기장을 가로지르는 비자기화된 이온에 대한 자기화된 전자의 이동에 의해 야기된다. 상기 튜브 세그먼트의 외측 표면을 향하는 자기장의 횡단 그라디언트(transverse gradient)의 존재는 전자들이 자기장 및 그 횡단 그라디언트를 가로질러 이동하도록 또한 야기한다. 그러한 조건들에서 이들 팩터 둘 모두는 전자들이 애노드 내벽을 향해 이동하게 되는 플라즈마 제트의 가로지르는 방향으로 분극된 전기장의 세기를 증가시킬 것이다. 플라즈마 유사-중립성(quasi-neutrality) 조건에 따르면, 동일한 개수의 이온들이 플라즈마를 이탈할 것이다. 이것은 애노드 아웃렛에서의 이온 전류(ion current)를 감소시킨다.
플라즈마 소스로부터의 평균 출력 이온 전류를 감소시키는 두 번째 불이익은 다음에 기재된 이유들에 의해 야기된다. 고정 아크 전류의 경우, 플라즈마 젯트와 애노드 사이 또는 플라즈마 젯트와 플라즈마 가이드 사이의 전위들의 차이는 캐소드 작동 표면을 가로질러 이동하는 캐소딕 아크 스팟들의 위치들의 계속되는 변경에 기인하여 계속 변화된다. 캐소드 스팟들이 캐소드 작동 표면의 주변 영역에서 움직이면, 이들 스팟들로부터 나오는 플라즈마 젯트들은 애노드 및 플라즈마 가이드(또는 애노드에 부착되어 있는 매크로파티클-반사 스크린 및 플라즈마 가이드)의 내측 표면들 가까이로 이동한다. 플라즈마 젯트가 애노드 및 플라즈마 가이드 내측 표면에 더 가까이 근접할수록, 플라즈마 흐름은 이들 표면 상에 도달하는 길을 더욱 발견하게 되며, 그에 따라 플라즈마 소스로부터의 이온 전류를 감소시킨다. 이 불이익은 상기 시발점을 형성하기 위한 종래 기술 실시예 및 다른 대응물 양자 모두에서 매크로파티클 필터링을 갖는 캐소드 플라즈마가 유사한 시스템에서 유사한 방식으로 이송되는 모든 현존하는 캐소딕 아크 플라즈마 소스에 공통되는 것이다.
Ukrainian Patent 87880. International Patent Classification C23C14/00. Vacuum Arc Plasma Source, 2009 (prototype).
I.I.　Aksyonov, V.A.　Belous, V.G.　Padalka, V.M.　Khoroshikh. Device for Vacuum Arc Plasma Cleaning from Macroparticles // Instruments and Experimental Techniques, No.　5, 1978, p.　236-237.
본 발명의 목적은 매크로파티클 필터링을 갖는 진공 캐소딕 아크 플라즈마의 이송을 위한 방법 및 그 적용 장치를 개선하는 것이다. 이들 개선은 이송 동안의 플라즈마 손실을 저감하도록 디자인된다. 이것을 달성하기 위해, 캐소드 표면에서의 캐소딕 아크 스팟들의 다양한 위치들에 대해 결과적인 플라즈마가 매크로파티클을 반사하고 포집하는 플라즈마 소스 표면의 구조적 요소들 주위를 효과적으로 흐르도록 하는 플라즈마 흐름 이송 조건들을 제공하는 것이 필요하다.
문제는, 프로토타입으로 적용된 방법에서와 유사하게 플라즈마 흐름이 전자기 코일에 의해 유도되는 이송 자기장에 대응하여 이송되는, 매크로파티클 필터링을 갖는 진공 캐소딕 아크 플라즈마의 캐소딕 아크 증발기로부터 플라즈마 소스 아웃렛으로의 이송을 위한 제안된 방법에 의해 해결된다.
그러나, 프로토타입과 달리, 제안된 발명에서는 이송 자기장은 일정 자기장(constant magnetic field)과 플라즈마 소스 구조 요소들의 표면으로부터 플라즈마 흐름을 편향시키는 세기 가변 추가 자기장들(intensity variable additional magnetic fields)의 중첩(superposition)에 의해 유도된다. 추가 자기장은 추가 전자기 코일들을 이용하여 유도된다. 대응하는 추가 자기장의 세기는 플라즈마 흐름이 대응하는 구조 요소들의 표면에 접근할수록 증가하고 플라즈마 흐름이 요소 표면으로부터 멀어질수록 감소된다.
선형 플라즈마-광학 시스템에서 이송 플라즈마가 흘러갈 때, 일정 이송 자기장(constant transport magnetic field)은 하나는 캐소드를 둘러싸고 다른 하나는 그 출구 가까이에서 플라즈마 가이드를 둘러싸는 두 개의 전자기 코일에 의해 유도된다.
곡선형 플라즈마-광학 시스템에서 이송 플라즈마가 흘러갈 때, 일정 이송 자기장은 캐소드, 애노드 및 플라즈마-광학 시스템의 곡선형 파트를 대응하여 둘러싸는 코일들에 의해 유도된다.
선형 및 곡선형 플라즈마-광학 시스템 양자 모두에서, 이송 플라즈마가 애노드 내에서 흘러갈 때, 추가 자기장은 이를 둘러싸는 추가 전자기 코일을 사용하여 형성된다. 코일의 자기장은 플라즈마-광학 시스템 축에서 일정 이송 자기장과 동일한 방향을 향해야 한다. 그렇게 함에 있어서, 추가 자기장의 세기는, 캐소드와 애노드 사이의 전위의 특정된 차이에 대해서는 그 값이 애노드를 통해 흐르는 아크 전류에 직접 비례하거나 애노드를 통해 흐르는 특정 아크 전류에 대해서는 그 값이 애노드 전위 감소에 반비례하도록, 가변된다.
그 내부의 축 상에 배치되는 전기적으로 연결되고 캐소드를 향하는 닫힌 끝단을 가지는 전기전도성 튜브 세그먼트로 형상화되는 매크로파티클 반사기를 가지는 애노드를 구비하는 선형 플라즈마-광학 시스템에서, 이 튜브 세그먼트의 외측 표면과 애노드의 내측 표면 사이의 플라즈마 흐름은 튜브 세그먼트 내에 동축으로 배치되는 전자기 편향 코일에 의해 유도되는 추가 자기장이 플라즈마-광학 시스템 축 상에서 일정 이송 자기장과 반대 방향을 향하면 이 추가 자기장에 노출될 때 이송된다. 추가 자기장의 세기는 튜브 세그먼트를 통해 흐르는 아크 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소된다.
애노드 섹션으로부터 나오는 플라즈마 흐름의 추가적인 이송은 플라즈마 가이드에서 일어나며, 플라즈마 가이드는 그 내부에서 플라즈마 흐름이 일정 이송 자기장과 같은 방향을 향하는 추가 자기장에 노출된다. 이 추가 자기장은 플라즈마 가이드를 둘러싸는 추가 전자기 코일을 사용하여 생성된다. 그 세기는 애노드에 대한 양의 전위가 플라즈마 가이드에 인가될 때 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소된다.
다른 옵션에서, 애노드로부터 나오는 플라즈마 흐름은 서로 전기적으로 절연되고 애노드로부터 전기적으로 절연되는 인렛 및 아웃렛 파트를 포함하는 플라즈마 가이드에서 이송된다. 그렇게 함에 있어서, 플라즈마 흐름은 일정 이송 자기장과 같은 방향을 향하는 추가 자기장에 의해 영향을 받는다. 이 경우 그것은 플라즈마 가이드 인렛 파트를 둘러싸는 추가 전자기 코일에 의해 생성된다. 그 세기는 애노드에 대한 양의 전위가 인가될 때 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소된다.
문제는 매크로파티클 필터링을 가지는 진공 캐소딕 아크 플라즈마를 캐소딕 아크 증발기로부터 플라즈마 소스 아웃렛을 이송하기 위해 제안된 선형 플라즈마-광학 시스템에서 해결된다. 이 시스템은, 시발점으로 추정된 시스템과 마찬가지로, 매크로파티클 반사기; 캐소드, 애노드 및 플라즈마 가이드를 둘러싸는 전자기 코일; 그리고 애노드 내에 동축으로 배치되어 이에 전기적으로 연결되며 캐소드를 향하는 닫힌 끝단 및 그 내부에 동축으로 배치되는 전자기 편향 코일(electromagnetic deflection coil)을 구비하는 전기전도성 튜브 세그먼트를 포함한다.
상기 시발점과는 달리, 제안된 시스템에서는 캐소딕 아크 증발기 파워 공급 소스는 애노드를 둘러싸는 전자기 코일의 감김을 통해 애노드에 연결된다. 튜브 세그먼트 내의 전자기 편향 코일 권선의 최초 턴(turn)은 튜브 세그먼트에 전기적으로 연결되고, 코일의 마지막 턴의 리드(lead)는 아크 파워 공급 소스의 양극 단자에 연결된다.
이 플라즈마-광학 시스템에서 튜브 세그먼트 내의 전자기 편향 코일은 수냉식 파이프로 구성될 수 있다.
그러한 플라즈마-광학 시스템에서, 플라즈마 가이드는 일 단이 플라즈마 가이드에 전기적으로 연결되고 다른 단이 음극 단자가 애노드에 연결되는 별도 파워 공급 소스의 양극 단자에 전기적으로 연결되는 추가 전자기 코일에 의해 둘러싸일 수 있다.
플라즈마-광학 시스템의 다른 실시예에서, 플라즈마 가이드는 서로 전기적으로 절연되고 애노드로부터 전기적으로 절연되는 두 파트(인렛 및 아웃렛)로 구성될 수 있다. 플라즈마 가이드 인렛은 일 단이 플라즈마 가이드 아웃렛에 전기적으로 연결되고 다른 단이 음극 단자가 애노드에 연결되는 별도 파워 공급 소스에 전기적으로 연결되는 추가 전자기 코일에 의해 둘러싸일 수 있다.
플라즈마 흐름이 매크로파티클 반사기를 가지는 플라즈마 소스 구조 요소들의 표면에 접근하는 동안 위에서 설명한 조건들에서 수행되는 플라즈마 흐름에 대한 추가 자기장의 편향 작용이 어떻게 플라즈마 흐름 이송 손실을 줄이는지를 고려해 보자.
이를 달성하기 위해 선형 플라즈마-광학 시스템에서, 이송 자기장의 일정 요소(constant component)는 캐소드와 플라즈마 가이드 아웃렛 파트를 각각 둘러싸는 두 개의 전자기 코일로 위에서 보여진 바와 같이 구현되는 축으로부터 볼록한 형태를 가져야만 한다. 이송 자기장의 이 일정 요소의 횡단 그라디언트(transverse gradient)는 플라즈마-광학 시스템의 축을 향한다. 플라즈마 젯트 내에서, 그라디언트는 자기장 및 그 그라디언트를 가로지는 방향을 향하는 전기적 이중극 장(electric dipole field)를 생성하는 전기적 전하의 분리를 유도한다. 이 전기적 장은 전자들이 자기장 및 전기적 이중극 장을 가로질러, 즉 애노드의 내측 표면을 향해 이동하도록 야기하며, 그에 따라 애노드 내에 배치되며 닫힌 끝단을 가지는 튜브 세그먼트 표면에의 플라즈마 증착을 감소시킨다. 이 효과를 확인하기 위해, 위에서 언급된 가로지는 방향의 그라디언트는 적어도 플라즈마 젯트 및 그 전위 하에서 애노드 내측에 배치되는 튜브 세그먼트 사이의 외부 전기적 장에서 반대방향으로 향하는 전자 이동(electron drift)의 속도만큼 높도록 하는 플라즈마 전자 그라디언트 이동 속도를 위해 충분해야 한다. 이것은 애노드 내에 위치되는 튜브 세그먼트 내에 동축으로 배치되는 전자기 코일로 형성되는 추가 자기장의 영향에 의해 달성된다. 튜브 세그먼트가 다른 한 단이 진공 아크 파워 공급 소스에 연결되는 전자기 편향 코일 권선의 일 단에 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 장 세기는 튜브 세그먼트를 통해 흐르는 아크 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가하거나 감소한다. 결과적으로, 캐소드 축에 가까운 캐소드 스팟들로부터 나오는 플라즈마 흐름들은 상기 튜브 세그먼트의 외측 표면으로부터 애노드 내측 표면으로 보다 효과적으로 편향되며, 그에 따라 플라즈마 젯트의 매크로파티클-반사 구조 요소로의 매우 작은 손실을 낳게 된다.
그러나, 캐소드 스팟들이 캐소딕 아크 증발 동안 캐소드 작동 표면의 주변 영역을 이동할 때, 이들 캐소드 스팟들에서 발산된 플라즈마 흐름들이 애노드 및 플라즈마 가이드에서 매크로파티클 반사기들의 표면에 가까이 접근한다. 이들 표면에서의 발산 플라즈마 흐름 손실을 줄이기 위해서, 플라즈마 흐름은 일정 이송 자기장과 같은 방향의 대응하는 추가 자기장들에 노출된다. 이들 장들은 애노드와 플라즈마 가이드를 각각 둘러싸며 위에서 설명된 바와 같이 파워 공급 소스에 적절히 연결되는 전자기 코일들에 의해 형성된다. 따라서 이들 장들의 세기들은 플라즈마 흐름이 대응하는 표면들로부터 편향될 때 증가되고 플라즈마 흐름들이 그들로부터 물러날 때 감소된다. 이것이 이송 시 감소된 플라즈마 흐름 손실을 가능하게 한다.
발명의 특성이 제안된 방법을 위한 구현 장치의 도면에 의해 설명된다.
예 1. 본 발명의 구현 예로서, 제안된 장치를 고려하자. 이것은 매크로파티클 필터링을 갖는 진공 캐소딕 아크 플라즈마의 이송을 위한 플라즈마-광학 시스템의 선형(linear) 실시예이다. 이 시스템(도면 참조)은 캐소드(cathode)(1), 그리고 고리형 스크린(annular screens)(3)의 형태를 갖도록 그 내부에 배치되는 매크로파티클 반사기(macroparticle reflectors)를 구비하는 애노드(anode)(2)를 포함한다. 시스템에서 플라즈마 가이드(plasma guide)는 두 부분, 즉 서로 전기적으로 절연되고 애노드(2)로부터 전기적으로 절연되는 인렛(inlet)(4)과 아웃렛(outlet)(5)으로 이루어진다. 내부에서, 이들 플라즈마 가이드 파트들은 고리형 스크린(6, 7)의 세트의 형태를 갖는 매크로파티클 반사기들을 포함한다. 이송 자기장(transport magnetic field)(8)의 일정 요소(constant component)는 캐소드(1)와 플라즈마 가이드(5)의 아웃렛 파트를 각각 둘러싸는 전자기 코일(9, 10)에 의해 형성된다. 내부에서, 애노드(2)는 동축으로 배치되며 캐소드(1)를 향해 닫힌 끝단(closed end)을 갖는 튜브 세그먼트(11)의 형태를 갖는 매크로파티클 반사기를 포함한다. 내부에서, 튜브 세그먼트는 수냉(water cooling)을 위한 파이프의 감김을 갖는 전자기 코일(12)을 포함한다. 이 전자기 코일은 시스템 축 상에 이송 자기 장(8)의 일정 요소에 반대되는 쪽을 향하는 추가 편향 자기 장(additional deflective magnetic field)(13)을 생성하도록 디자인된다. 유닛(14)은 진공 아크를 점화하도록 디자인된다. 진공 캐소딕 아크 파워 공급 소스(15)는 애노드(2)를 둘러싸는 전자기 코일(16)의 감김을 통해 애노드(2)에 연결된다. 튜브 세그먼트(11)는 다른 단이 진공 캐소딕 아크 파워 공급 소스(15)의 양극 단자에 연결되는 전자기 편향 코일(electromagnetic deflection coil)(12)의 일 단에 전기적으로 연결된다. 플라즈마 가이드는, 그 음극 단자가 애노드(2)에 연결되고 그 양극 단자는 플라즈마 가이드 인렛 섹션(4)을 둘러싸는 코일(18)의 감김을 통해 아웃렛 섹션(5)에 연결되는 별도의 파워 공급 소스(17)에 연결된다.
장치 작동의 설명에 의해 방법 구현 예를 고려해 본다.
아크는 아크 점화 유닛(14)(도면 참조)에 고전압 펄스의 공급에 의해 점화되고, 그에 따라 캐소드 작동 표면에서의 자기장에 의해 야기되는 캐소드(1)의 횡방향 표면에서의 캐소딕 아크 스팟의 여기(excitation)를 점화한다. 아크 전류에 따라, 캐소드(1) 작동 표면은 캐소드 물질의 매크로파티클과 함께 그것을 가로질러 이동하는 고이온화(highly ionized) 캐소드 플라즈마의 제트들(jets)을 발산하는 몇몇의 캐소드 스팟(spots)을 생성할 수 있다. 직선 궤적 상에서 이동하는 매크로파티클은 반사기들 (3, 6, 7)과 튜브 세그먼트(11)의 닫힌 끝단 표면에 의해 포집된다. 이온화가 100%에 근접하는 플라즈마 제트들은 튜브 세그먼드(11) 주위를 지나가는 볼록한 형태의 이송 자기장(8)을 따라 이동하고, 플라즈마 소스 아웃렛을 향해 반사기들(3, 6, 7)의 모든 구멍들을 통과한다. 캐소드 작동 표면의 캐소딕 아크 스팟의 위치에 따라, 애노드(2)와 플라즈마 가이드(4)의 인렛 섹션을 각각 둘러싸는 전자기 코일들(16, 18)은 세기 가변의 전자기 장을 유도한다. 이 장들(fields)은 그 일정 요소가 전자기 코일들(9, 10)을 사용하여 생성되는 결과적인 이송 자기장의 형태(configuration)와 세기(intensity)를 변화시킨다. 플라즈마 흐름은 또한 애노드(2) 내의 추가적인 편향(deflecting) 자기장(13)에 의해 영향을 받는다. 이 편향 자기장은 시스템 축 상의 일정 이송 자기장의 반대 방향을 향하며 필터링 요소(11)의 관형 섹션 내에 동축으로 배치되는 전자기 편향 코일(electromagnetic deflection coil)(12)을 사용하여 유도된다.
파워 공급 소스(15)가 일정 아크 전류 모드(constant arc current mode)로 작동하면, 애노드(2) 내의 추가 자기장들의 세기들은 애노드(2)와 매크로파티클 반사기(11)의 튜브 세그먼트를 통해 흐르는 아크 전류들에 비례할 것이다. 이러한 장들(fields)의 세기들은 애노드 전위 감소(anode potential drop)에 반비례할 것이다. 소스(15)가 일정 전압 모드(constant voltage mode)로 작동하여 플라즈마 흐름들이 애노드(2)의 내면 또는 튜브 세그먼트(11)의 외면에 접근하면, 이들 전극에서의 애노드 전류는 증가할 것이다. 이것은 개별 코일(16 또는 12)를 통해 흐르는 전류 및 개별 플라즈마 소스 구조 요소의 벽으로부터 플라즈마를 편향시킬 개별 자기장의 세기를 증가시킬 것이다.
추가 전자기 코일(18)을 통한 파워 공급 소소 양극 단자(17)의 플라즈마 가이드 파트(5)로의 연결에 의해, 전자기 코일(18)에 인가되는 애노드에 대한 특정된 일정 전위(potential)를 위한 플라즈마 가이드 인렛 파트(4) 내측의 추가 자기장의 세기는 플라즈마 가이드 아웃렛 파트(5)를 통해 흐르는 전류의 세기에 비례할 것이다.
언급한 조건들 아래에서 그리고 캐소드 작동 표면에서의 캐소드 스팟의 임의의 이동에 대해, 자기장을 거스르는 횡방향의 플라즈마 손실이 최소화되는 자기장을 따른 이송 영역에서의 플라즈마 흐름의 동적 평형이 달성되었다. 이 경우, 이러한 플라즈마 흐름의 동적 평형 및 캐소딕 아크에서의 전압 감소의 안정화는 아크 전류에 비례하여 증가한다.
예 2. 곡선형 플라즈마-광학 시스템을 위한 제안된 방법과 장치의 실시예는 이송 자기장의 일정 요소가 캐소드, 애노드, 그리고 플라즈마 가이드를 둘러싸는 전자기 코일들에 의해 생성된다는 점에서 선형 플라즈마-광학 시스템의 실시예와 다르다.
곡선형 시스템의 애노드 내에, 내부에 배치된 전자기 편향 코일을 가지는 튜브 세그먼트가 존재하지 않는다. 아크 직류 모드(arc direct current mode)에서의 곡선형 플라즈마-광학 시스템의 작동은 애노드를 둘러싸는 추가 전자기 코일의 여기(excitation)의 방법에서 다르다. 더 구체적으로, 차이는 코일이 비율 U a　=　Uarc 　-　Uc (여기서 Uc 및 Uarc 는 캐소드 아크 전압 감소 및 전체 아크 전압 감소이다)에 대응하는 아크에서 애노드 전압 감소 Ua 에 대해 네거티브 피드백을 가지는 직류 증폭기(direct-current amplifier)를 포함하는 개별적으로 제어되는 파워 공급 소스로부터 여기된다는 것이다.
이 특별한 경우에, 아크 방전 U arc 　=　U ocv (여기서 U ocv 가 아크 파워 공급 소스의 개회로 전압(open circuit voltage)이다)이 없는 상태에서, U a 는 특정 캐소드 물질에 대해 선택된 U c 의 일정 크기를 설정하는 비교기(comparator)를 통해서 결정된다.
이러한 조건들 하에서, 추가 전자기 코일의 파워 공급 소스는 절단되며 코일에서의 전류는 영(zero)이다. 아크 점화(arc ignition) 동안, Ua 는 감소하고 코일 파워 공급 소스는 촉발된다. 결과적으로, 코일을 통해 흐르는 전류는 애노드 전위 감소 Ua 에 반비례하고, 그에 따라 대응하는 추가 자기장을 생성한다. 플라즈마 젯트가 애노드 내측 면에 접근할 때, Ua 는 감소하고 애노드 내의 추가 자기장의 세기는 이에 대응하여 증가한다. 플라즈마 젯트가 그 축을 향해 애노드 내측 면으로부터 제거될 때, Ua 는 증가하고 애노드 내의 장의 세기는 이에 대응하여 감소한다. 플라즈마 흐름에 대한 추가 자기장의 이 영향은 아크 방전의 안정성을 저하시키지 않으며, 애노드 내에서의 플라즈마 이송의 손실들은 평균적으로 감소된다. 플라즈마 가이드 내에서의 플라즈마 흐름의 더 먼 이송 동안, 애노드에 대한 양 전위가 플라즈마 가이드를 둘러싸는 추가 전자기 코일을 통해 곡선형 플라즈마 가이드에 공급된다.
실제 및 활용 가능한 구조적 요소들로부터 제조된 장치를 사용하여 수행된 실험들은 선형 필터링 플라즈마-광학 시스템에서 진공 캐소딕 아크 플라즈마의 이송을 위한 방법 및 장치는 100A의 아크 전류에서 프로토타입(prototype)에 비해 평균 아웃렛 이온 플럭스(average outlet ion flux)의 적어도 1.5배 증가를 제공한다는 것을 나타내었다. 더욱이, 아웃렛 이온 전류(outlet ionic currents)의 최소값 및 최대값은 각각 3.5A 및 4A였다. 아크 전류가 110A로 증가되는 경우, 최소 및 최대 아웃렛 이온 전류 값은 각각 4A 및 5A로 증가한다.
이에 따라, 데이터는 제안된 발명은 다양한 응용들을 위한 고품질 코팅을 형성하기 위한 사용될 수 있다는 증거를 제공하였다. 위에서 설명한 플라즈마 흐름 이송 조건들의 제공은, 매크로파티클들에 의해 야기되는 결점 없이, 코팅 증착 과정의 생산성을 실질적으로 높인다.

Claims (26)

  1. 플라즈마-광학 시스템에서 매크로파티클 필터링을 가지는 진공 캐소딕 아크 플라즈마를 전자기 코일에 의해 생성되는 이송 자기장에 대응하여 캐소딕 아크 증발기로부터 플라즈마 소스 아웃렛으로 이송하기 위한 방법에 있어서,
    상기 이송 자기장은 일정 자기장과 플라즈마 소스 구조 요소의 표면으로부터 플라즈마 흐름을 편향시키는 세기 가변 추가 자기장들의 중첩에 의해 유도되며, 상기 추가 자기장들은 추가 전자기 코일들에 의해 유도되고, 상기 대응하는 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 흐름이 상기 대응하는 플라즈마 소스 구조 요소의 표면에 접근할수록 증가되고 상기 플라즈마 흐름이 상기 요소 표면으로부터 멀어질수록 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에서,
    플라즈마 가이드를 가지는 선형 플라즈마-광학 시스템에서 플라즈마 흐름들의 이송 동안, 상기 일정 이송 자기장은 두 개의 전자기 코일에 의해 유도되며, 그 중 하나는 캐소드를 둘러싸고 나머지 하나는 그 아웃렛 근처에서 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에서,
    플라즈마 가이드를 가지는 곡선형 플라즈마-광학 시스템에서 플라즈마 흐름들의 이송 동안, 상기 일정 이송 자기장은 캐소드, 애노드, 그리고 상기 플라즈마-광학 시스템의 곡선형 부분을 둘러싸는 전자기 코일들에 의해 유도되는 것을 특징으로 방법.
  4. 제2항에서,
    상기 애노드 내의 플라즈마 흐름의 이송 동안, 상기 애노드 내의 상기 추가 자기장은 그것을 둘러싸는 추가 전자기 코일을 사용하여 형성되며, 상기 자기장은 일정 이송 자기장과 같은 방향을 향하며, 상기 추가 자기장의 세기는 캐소드와 애노드 사이의 특정 전위차에 대해 그 값이 상기 애노드를 통해 흐르는 아크 전류에 직접 비례하거나 상기 애노드를 통해 흐르는 특정 아크 전류에 대해 그 값이 애노드 전위 감소에 반비례하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에서,
    상기 애노드 내의 플라즈마 흐름의 이송 동안, 상기 애노드 내의 상기 추가 자기장은 그것을 둘러싸는 추가 전자기 코일을 사용하여 형성되며, 상기 자기장은 일정 이송 자기장과 같은 방향을 향하며, 상기 추가 자기장의 세기는 캐소드와 애노드 사이의 특정 전위차에 대해 그 값이 상기 애노드를 통해 흐르는 아크 전류에 직접 비례하거나 상기 애노드를 통해 흐르는 특정 아크 전류에 대해 그 값이 애노드 전위 감소에 반비례하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제2항에서,
    애노드 내에 이에 전기적으로 연결되고 그 축 상에 배치되며 마이크로파티클 반사를 위해 상기 캐소드를 향하는 닫힌 끝단을 가지는 전기전도성 튜브 세그먼트가 구비되는 플라즈마 소스에서,
    상기 튜브 세그먼트의 외측 표면과 상기 애노드의 내측 표면 사이의 플라즈마 흐름은 상기 추가 자기장은 상기 튜브 세그먼트 내에 동축으로 배치되는 전자기 편향 코일에 의해 유도되는 추가 자기장이 플라즈마-광학 시스템 축 상에서 일정 이송 자기장과 반대 방향을 향하면 상기 플라즈마 흐름을 상기 추가 자기장에 노출시킴으로써 이송되며, 상기 코일에 의해 유도되는 자기장의 장 세기가 상기 튜브 세그먼트를 흐르는 아크 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제4항에서,
    애노드 내에 이에 전기적으로 연결되고 그 축 상에 배치되며 마이크로파티클 반사를 위해 상기 캐소드를 향하는 닫힌 끝단을 가지는 전기전도성 튜브 세그먼트가 구비되는 플라즈마 소스에서,
    상기 튜브 세그먼트의 외측 표면과 상기 애노드의 내측 표면 사이의 플라즈마 흐름은 상기 추가 자기장은 상기 튜브 세그먼트 내에 동축으로 배치되는 전자기 편향 코일에 의해 유도되는 추가 자기장이 플라즈마-광학 시스템 축 상에서 일정 이송 자기장과 반대 방향을 향하면 상기 플라즈마 흐름을 상기 추가 자기장에 노출시킴으로써 이송되며, 상기 코일에 의해 유도되는 자기장의 장 세기가 상기 튜브 세그먼트를 흐르는 아크 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에서,
    애노드 내에 이에 전기적으로 연결되고 그 축 상에 배치되며 마이크로파티클 반사를 위해 상기 캐소드를 향하는 닫힌 끝단을 가지는 전기전도성 튜브 세그먼트가 구비되는 플라즈마 소스에서,
    상기 튜브 세그먼트의 외측 표면과 상기 애노드의 내측 표면 사이의 플라즈마 흐름은 상기 추가 자기장은 상기 튜브 세그먼트 내에 동축으로 배치되는 전자기 편향 코일에 의해 유도되는 추가 자기장이 플라즈마-광학 시스템 축 상에서 일정 이송 자기장과 반대 방향을 향하면 상기 플라즈마 흐름을 상기 추가 자기장에 노출시킴으로써 이송되며, 상기 코일에 의해 유도되는 자기장의 장 세기가 상기 튜브 세그먼트를 흐르는 아크 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제4항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 플라즈마 흐름은 그 내부에서 상기 플라즈마 흐름이 추가 자기장에 노출되는 상기 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 동일한 방향을 향하고 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 상기 추가 전자기 코일에 의해 생성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 플라즈마 흐름은 그 내부에서 상기 플라즈마 흐름이 추가 자기장에 노출되는 상기 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 동일한 방향을 향하고 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 상기 추가 전자기 코일에 의해 생성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제7항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 플라즈마 흐름은 그 내부에서 상기 플라즈마 흐름이 추가 자기장에 노출되는 상기 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 동일한 방향을 향하고 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 상기 추가 전자기 코일에 의해 생성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 플라즈마 흐름은 그 내부에서 상기 플라즈마 흐름이 추가 자기장에 노출되는 상기 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 동일한 방향을 향하고 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 상기 추가 전자기 코일에 의해 생성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제6항에서,
    상기 애노드로부터의 플라즈마 흐름은 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 플라즈마 가이드의 내부에서 상기 플라즈마 흐름이 추가 자기장에 노출되며, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 동일한 방향을 향하며 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 추가 전자기 코일로 생성되고, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제7항에서,
    상기 애노드로부터의 플라즈마 흐름은 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 플라즈마 가이드의 내부에서 상기 플라즈마 흐름이 추가 자기장에 노출되며, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 동일한 방향을 향하며 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 추가 전자기 코일로 생성되고, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제8항에서,
    상기 애노드로부터의 플라즈마 흐름은 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 플라즈마 가이드의 내부에서 상기 플라즈마 흐름이 추가 자기장에 노출되며, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 동일한 방향을 향하며 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 추가 전자기 코일로 생성되고, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드를 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제4항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 플라즈마 흐름은, 추가 자기장에 노출되면서, 서로 전기적으로 절연되고 상기 애노드로부터 전기적으로 절연되는 인렛 및 아웃렛 파트를 포함하는 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 같은 방향으로 향하고 상기 플라즈마 가이드 인렛을 둘러싸는 추가 전자기 코일에 의해 생성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드 아웃렛을 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제5항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 플라즈마 흐름은, 추가 자기장에 노출되면서, 서로 전기적으로 절연되고 상기 애노드로부터 전기적으로 절연되는 인렛 및 아웃렛 파트를 포함하는 플라즈마 가이드에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 상기 일정 이송 자기장과 같은 방향으로 향하고 상기 플라즈마 가이드 인렛을 둘러싸는 추가 전자기 코일에 의해 생성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드 아웃렛을 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제6항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 상기 플라즈마 흐름은, 추가 자기장에 노출되면서, 서로 전기적으로 절연되고 상기 애노드로부터 전기적으로 절연되는 인렛 및 아웃렛 파트를 포함하는 플라즈마 가이드 내에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 일정 이송 자기장과 같은 방향을 향하고 상기 플라즈마 가이드 아웃렛을 둘러싸는 추가 전자기 코일에 의해 형성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드 아웃렛을 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제7항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 상기 플라즈마 흐름은, 추가 자기장에 노출되면서, 서로 전기적으로 절연되고 상기 애노드로부터 전기적으로 절연되는 인렛 및 아웃렛 파트를 포함하는 플라즈마 가이드 내에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 일정 이송 자기장과 같은 방향을 향하고 상기 플라즈마 가이드 아웃렛을 둘러싸는 추가 전자기 코일에 의해 형성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드 아웃렛을 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제8항에서,
    상기 애노드로부터 나오는 상기 플라즈마 흐름은, 추가 자기장에 노출되면서, 서로 전기적으로 절연되고 상기 애노드로부터 전기적으로 절연되는 인렛 및 아웃렛 파트를 포함하는 플라즈마 가이드 내에서 이송되고, 상기 추가 자기장은 일정 이송 자기장과 같은 방향을 향하고 상기 플라즈마 가이드 아웃렛을 둘러싸는 추가 전자기 코일에 의해 형성되며, 상기 추가 자기장의 세기는 상기 플라즈마 가이드 아웃렛을 통해 흐르는 전류의 증가 또는 감소에 직접 비례하여 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 매크로파티클 필터링을 가지는 진공 캐소딕 아크 플라즈마를 캐소딕 아크 증발기로부터 플라즈마 소스 아웃렛으로 이송시키기 위한 플라즈마 가이드를 가지는 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 선형 플라즈마-광학 시스템에 있어서,
    매크로파티클 반사기들, 캐소드, 애노드, 및 상기 플라즈마 가이드를 둘러싸는 전자기 코일들, 그리고 상기 애노드 내에 동축으로 배치되며 상기 애노드에 전기적으로 연결되고 그 내부에 동축으로 배치되는 전자기 편향 코일을 가지는 캐소드를 향해 배치되는 닫힌 끝단을 가지는 전기전도성 튜브 세그먼트를 포함하고,
    캐소딕 아크 증발기 파워 공급 소스는 상기 애노드를 둘러싸는 전자기 코일의 권선을 통해 상기 애노드에 연결되며, 상기 튜브 세그먼트 내의 전자기 편향 코일 권선의 최초 턴(turn)은 상기 튜브 세그먼트에 전기적으로 연결되고, 상기 코일의 마지막 턴의 리드(lead)는 상기 캐소딕 아크 증발기 파워 공급 소스의 양극 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 선형 플라즈마-광학 시스템.
  22. 제21항에서,
    상기 튜브 세그먼트 내의 상기 전자기 편향 코일은 수냉 파이프로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마-광학 시스템.
  23. 제21항에서,
    상기 플라즈마 가이드는 추가 전자기 코일에 의해 둘러싸이고, 상기 추가 전자기 코일의 일 단은 상기 플라즈마 가이드에 전기적으로 연결되고 다른 단은 음극 단자가 상기 애노드에 연결되는 별도 파워 공급 소스의 양극 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마-광학 시스템.
  24. 제22항에서,
    상기 플라즈마 가이드는 추가 전자기 코일에 의해 둘러싸이고, 상기 추가 전자기 코일의 일 단은 상기 플라즈마 가이드에 전기적으로 연결되고 다른 단은 음극 단자가 상기 애노드에 연결되는 별도 파워 공급 소스의 양극 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마-광학 시스템.
  25. 제21항에서,
    상기 플라즈마 가이드는 서로 전기적으로 절연되고 상기 애노드로부터 전기적으로 절연되는 두 개의 파트(인렛 및 아웃렛)로 형성되고, 상기 플라즈마 가이드 인렛은 전자기 코일에 의해 둘러싸이고, 상기 전자기 코일의 일 단은 상기 플라즈마 가이드 아웃렛에 전기적으로 연결되고 다른 단은 음극 단자가 상기 애노드에 연결되는 별도 파워 공급 소스의 양극 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마-광학 시스템.
  26. 제22항에서,
    상기 플라즈마 가이드는 서로 전기적으로 절연되고 상기 애노드로부터 전기적으로 절연되는 두 개의 파트(인렛 및 아웃렛)로 형성되고, 상기 플라즈마 가이드 인렛은 전자기 코일에 의해 둘러싸이고, 상기 전자기 코일의 일 단은 상기 플라즈마 가이드 아웃렛에 전기적으로 연결되고 다른 단은 음극 단자가 상기 애노드에 연결되는 별도 파워 공급 소스의 양극 단자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마-광학 시스템.
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