KR20070030624A - Apparatus and method for generating atmospheric pressive plasma using a complex power source - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치 및 방법에 관한 것으로서, 하나의 활성전극이 고전압의 전력을 인가받아 접지전극과의 사이에 플라즈마를 점화, 생성하고, 그 후, 먼저 생성된 플라즈마를 시드(seed)로 하여 나머지 다른 활성전극이 전력을 인가받아 고밀도의 플라즈마를 접지전극과의 사이에 생성시킬 있는 대기압 플라즈마 발생장치의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention relates to an apparatus and method for generating an atmospheric pressure plasma using a composite power supply, wherein one active electrode receives high voltage power to ignite and generate a plasma between the ground electrode, and then generates the first generated plasma. It is an object of the present invention to provide an atmospheric pressure plasma generating apparatus capable of generating a high-density plasma between the ground electrode and the other active electrode by using seed as a seed.

이를 위해, 본 발명은 반응기체 존재 하에 플라즈마를 발생시키는 대기압 플라즈마 발생장치를 개시한다. 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치는, 접지전극과; 서로 다른 전압 및 주파수 대역을 갖는 제 1 및 제 2 전원과; 상기 제 1 전원으로부터 전력을 인가받아, 상기 접지전극과의 사이에서 플라즈마를 점화, 생성시키는 제 1 활성전극과; 상기 제 2 전원으로부터 전력을 인가받고 상기 제 1 활성전극 부근에서 생성된 플라즈마를 시드(seed)로 하여 상기 접지전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제 2 활성전극을; 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, the present invention discloses an atmospheric pressure plasma generator for generating a plasma in the presence of a reactor gas. Atmospheric pressure plasma generating apparatus according to the present invention, the ground electrode; First and second power sources having different voltage and frequency bands; A first active electrode receiving power from the first power source to ignite and generate a plasma between the ground electrode; A second active electrode configured to generate plasma between the ground electrodes by receiving power from the second power source and seeding the plasma generated near the first active electrode; It is characterized by including.

복합전원, 활성전극, RF, MF, 플라즈마, 반응기체, 접지전극 Complex power source, active electrode, RF, MF, plasma, reactor body, ground electrode

Description

복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING ATMOSPHERIC PRESSIVE PLASMA USING A COMPLEX POWER SOURCE}Atmospheric pressure plasma generating apparatus and method using a composite power supply {APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING ATMOSPHERIC PRESSIVE PLASMA USING A COMPLEX POWER SOURCE}

도 1은 종래의 대기압 플라즈마 발생장치의 일예를 개략적으로 보여주는 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a conventional atmospheric plasma generator.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 측단면도.Figure 2 is a side cross-sectional view schematically showing an atmospheric pressure plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 1에 도시된 장치의 전극 배열을 개략적으로 도시한 모식도.FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing an electrode arrangement of the apparatus shown in FIG. 1. FIG.

도 4는 도 2에 도시된 대기압 플라즈마 발생장치가 플라즈마를 점화, 유도, 생성시키는 순서를 개략적으로 도시한 도면들.FIG. 4 is a view schematically illustrating a sequence in which the atmospheric pressure plasma generator shown in FIG. 2 ignites, induces, and generates plasma.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 측단면도.Figure 5 is a side cross-sectional view schematically showing an atmospheric pressure plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 측단면도.Figure 6 is a side cross-sectional view schematically showing an atmospheric pressure plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 7은 도 6에 도시된 대기압 플라즈마 발생장치의 응용예를 서명하기 위한 도면.FIG. 7 is a diagram for signing an application example of the atmospheric pressure plasma generator shown in FIG. 6; FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

10, 10': 접지전극 20, 20a, 20b: 제 1 활성전극10, 10 ': ground electrode 20, 20a, 20b: first active electrode

30: 제 1 전원 40, 40a, 40b: 제 2 활성전극30: first power source 40, 40a, 40b: second active electrode

50: 제 2 전원 60: 프레임50: second power source 60: frame

62: 반응챔버62: reaction chamber

본 발명은, 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복합전원 및 그 복합전원으로부터 전력을 인가받는 복수의 활성전극을 이용함으로써, 저렴한 비용으로 고밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있든 대기압 플라즈마 발생장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generating apparatus and method using a composite power supply, and more particularly, to generating a high density plasma at a low cost by using a composite power supply and a plurality of active electrodes applied with power from the composite power supply. The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generating apparatus and method.

일반적으로, 대기압 방전, 즉, 상압에서 플라즈마를 발생시키는 기술로는 펄스 코로나 방전(pulsed corona discharge)과 유전막 방전이 공지되어 있다. 펄스 코로나 방전은 고전압의 펄스 전원을 이용하여 플라즈마를 생성하는 기술이며, 유전막 방전은 두개의 전극 중 적어도 하나에 유전체를 형성하고 두 전극에 수십 Hz 내지 수 MHz의 주파수를 가진 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하는 기술이다. Generally, pulsed corona discharge and dielectric film discharge are known as techniques for generating plasma at atmospheric pressure, that is, at atmospheric pressure. Pulsed corona discharge is a technique for generating plasma using a high voltage pulse power supply, and dielectric film discharge forms a dielectric on at least one of the two electrodes and applies a power source having a frequency of several tens of Hz to several MHz to the two electrodes. It is a technique to generate.

대기압 방전에서, 시스템의 기압 증가는 전자 자유운동 거리(mean free path)의 현저함 감소를 수반하며 이에 따라 전기 방전 조건의 극단화가 요구된다. 따라서, 기존의 대기압 방전 시스템은 아주 강한 전장(electric field)을 요구하기 때문에 발생전원의 비대화와 같은 문제점이 야기된다. 따라서, 대기압에서 쉽고 저렴하게 그리고 대량으로 플라즈마를 생성하기 위한 기술이 요구된다.In atmospheric pressure discharges, increasing the barometric pressure of the system entails a significant reduction in the mean free path and thus requires an extreme of electrical discharge conditions. Therefore, the existing atmospheric pressure discharge system requires a very strong electric field, which causes problems such as enlargement of the generated power source. Therefore, there is a need for a technique for generating plasma at an easy and inexpensive and large volume at atmospheric pressure.

DBD 방전기술을 이용한 대기압 플라즈마 처리기술로서, 'Uchiyama' 등의 미국특허 제 5,124,173호에는 평판 전극 사이에 처리대상물을 놓고 불활성 기체를 이용하여 대기압에서 유전막 방전을 일으켜 표면을 친수 처리하는 방법이 개시되어 있고, 'Roth' 등의 미국 등록특허 제 5,414,324호에는 대기압 플라즈마를 형성시키기 위한 기체의 조성과 전극간 간격 등의 조건을 변화시켜 방전상태를 개선한 기술이 개시되어 있고, 미국 등록특허 제 6,429,400호에는 평판전극이 아닌 튜브형태의 전극을 적용한 대기압 플라즈마 장치가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제0365898호에는 챔버 내에 He, Ar 등의 반응가스를 주입하고 그 반응가스가 유전체판을 사이에 둔 두 전극 사이로 흐르게 하여 두 전극 사이에 형성되는 플라즈마로써 두 전극 사이의 처리대상물을 처리하는 기술이 개시되어 있다.As an atmospheric pressure plasma treatment technique using a DBD discharge technique, U.S. Patent No. 5,124,173 to Uchiyama et al. Discloses a method of hydrophilic treatment of a surface by placing a target object between flat plate electrodes and generating a dielectric film discharge at atmospheric pressure using an inert gas. In addition, US Patent No. 5,414,324 to Roth et al. Discloses a technique for improving a discharge state by changing conditions such as gas composition and interelectrode spacing for forming atmospheric pressure plasma, and US Patent No. 6,429,400. Atmospheric pressure plasma apparatus using a tube-shaped electrode is disclosed in the present invention, Korean Patent No. 0365898 discloses a reaction gas such as He, Ar, etc. in the chamber and the reaction gas between the two electrodes between the dielectric plate Treating the object to be treated between the two electrodes with a plasma formed between the two electrodes by flowing therebetween. Techniques are disclosed.

도 1에는 종래에 이용되는 대기압 플라즈마 발생장치들의 예들이 도시되어 있다.1 shows examples of conventional atmospheric plasma generators.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 대기압 플라즈마 발생장치(100)는 반응챔버(110) 내에 유전체(122, 142)가 형성된 두 전극(120, 140)이 서로 마주하게 배치되고, 두 전극(120, 140) 사이에 일어나는 방전과 반응챔버(110) 내로 도입되어 두 전극 사이로 흐르는 반응가스에 의해 플라즈마를 발생시켜 두 전극 사이에 놓인 처리대상물(T)을 플라즈마 처리를 할 수 있었다. 이러한 플라즈마 발생장치(100)에서, 서로 마주하는 두 전극은 하나의 접지전극(140)과 이에 마주하는 하나의 활성전극(120)으로 이루어지며, 그 활성전극(120)은 외부의 RF전원(160)에 연결되어 그 RF전원(160)으로부터 고주파의 전력을 인가받는다. As shown in FIG. 1, in the conventional atmospheric pressure plasma generating apparatus 100, two electrodes 120 and 140 having dielectrics 122 and 142 formed in the reaction chamber 110 are disposed to face each other, and the two electrodes 120 are disposed. , 140, and the plasma is generated by the reaction gas flowing into the reaction chamber 110 and flowing between the two electrodes, thereby performing plasma treatment on the object T disposed between the two electrodes. In the plasma generating apparatus 100, two electrodes facing each other are composed of one ground electrode 140 and one active electrode 120 facing the same, and the active electrode 120 is an external RF power source 160. Is applied to receive the high frequency power from the RF power supply (160).

종래의 RF 대기압 플라즈마 발생장치(100)는, RF전원(160)으로부터 인가된 고주파의 전력을 이용한다는 점에서, 플라즈마 발생영역에서 효율적인 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 있다는 이점을 갖는다.The conventional RF atmospheric plasma generator 100 has an advantage of generating an efficient high-density plasma in the plasma generation region in that it uses the high frequency power applied from the RF power source 160.

그러나, 종래의 RF 대기압 플라즈마 발생장치(100)는 상대적으로 높은 전압을 발생시키는데 있어서 한계를 가지므로, N2, O2, 공기(air)와 같은 저가의 반응기체로부터 플라즈마를 점화, 생성시키기 어렵다는 문제점을 안고 있다. 따라서, 종래의 대기압 플라즈마 발생장치(100)는 상대적으로 낮은 전압의 전력으로도 플라즈마를 점화시킬 수 있는 헬륨(He) 또는 아르곤(Ar) 등과 같은 고가의 반응기체를 이용하며, 이는 대기압 플라즈마 발생장치(100)의 경제성을 크게 떨어뜨리는 하나의 원인으로 지적되고 있다.However, since the conventional RF atmospheric plasma generator 100 has a limitation in generating a relatively high voltage, it is difficult to ignite and generate plasma from a low-cost reactor such as N 2 , O 2 , or air. I have a problem. Therefore, the conventional atmospheric plasma generator 100 uses an expensive reactor such as helium (He) or argon (Ar), which can ignite the plasma even at a relatively low voltage power, which is an atmospheric pressure plasma generator. It is pointed out as one cause of greatly reducing the economics of (100).

이에 대해, 상대적으로 고전압의 전력 인가가 가능한 MF 전원을 플라즈마 생성에 이용하는 대기압 플라즈마 발생장치가 당해 기술분야에 알려져 있다. 그러나, 위와 같은 대기압 플라즈마 발생장치는 저가의 반응기체를 플라즈마 생성에 이용할 수 있는 이점을 갖는 반면, RF 전원을 이용하는 대기압 플라즈마 발생장치(100)와는 달리 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 없어 그 효용성이 크게 떨어지는 문제점을 안고 있다. On the other hand, the atmospheric pressure plasma generator which uses MF power source which can apply relatively high voltage electric power for plasma generation is known in the art. However, the atmospheric pressure plasma generator as described above has the advantage that a low-cost reactor can be used for plasma generation, unlike the atmospheric pressure plasma generator 100 using the RF power source, it is impossible to generate a high-density plasma, and thus its utility is large. I have a problem.

따라서, 본 발명의 목적은 하나의 활성전극이 고전압의 전력을 인가받아 플 라즈마를 접지전극과의 사이에 점화, 생성하고, 그 후, 먼저 생성된 플라즈마를 시드(seed)로 하여 나머지 다른 활성전극이 전력을 인가받아 고밀도의 플라즈마를 접지전극과의 사이에 생성시킬 있는 대기압 플라즈마 발생장치 및 방법을 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is that one active electrode is applied with a high voltage power to ignite and generate a plasma between the ground electrode, and then, the first generated plasma is seeded, and the other active electrode is seeded. The present invention provides an atmospheric pressure plasma generating apparatus and method capable of receiving this power to generate a high density plasma between the ground electrode.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반응기체 존재 하에 플라즈마를 발생시키는 대기압 플라즈마 발생장치를 개시한다. 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치는, 접지전극과; 서로 다른 전압 및 주파수 대역을 갖는 제 1 및 제 2 전원과; 상기 제 1 전원으로부터 전력을 인가받아, 상기 접지전극과의 사이에서 플라즈마를 점화, 생성시키는 제 1 활성전극과; 상기 제 2 전원으로부터 전력을 인가받고 상기 제 1 활성전극 부근에서 생성된 플라즈마를 시드(seed)로 하여 상기 접지전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제 2 활성전극을; 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention discloses an atmospheric pressure plasma generating apparatus for generating a plasma in the presence of a reactor body. Atmospheric pressure plasma generating apparatus according to the present invention, the ground electrode; First and second power sources having different voltage and frequency bands; A first active electrode receiving power from the first power source to ignite and generate a plasma between the ground electrode; A second active electrode configured to generate plasma between the ground electrodes by receiving power from the second power source and seeding the plasma generated near the first active electrode; Include.

여기에서, 상기 제 1 전원은 MF 전원이고, 상기 제 2 전원은 RF 전원이며, 상기 반응기체는 질소(N2), 산소(O2), 공기(air) 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the first power source is an MF power source, the second power source is an RF power source, and the reactor body is nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), air, or a mixture thereof.

또한, 상기 제 1 활성전극과 상기 제 2 활성전극은 각각 한 개씩 마련된 채 서로 이웃해 있거나, 상기 제 1 활성전극과 상기 제 2 활성전극은, 각각 복수개로 마련된 채, 서로에 대해 이웃할 수 있도록 교대로 배치되는 것이 바람직하다.The first and second active electrodes may be adjacent to each other with one each provided, or the first and second active electrodes may be adjacent to each other with a plurality of the first and second active electrodes. It is preferred to be arranged alternately.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치는, 상기 접지전극 그리고 상기 제 1 및 제 2 활성전극 포함하도록 반응챔버를 구획 형성하는 프레임 을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the atmospheric pressure plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention, preferably comprises a frame for partitioning the reaction chamber to include the ground electrode and the first and second active electrode.

보다 바람직하게는, 상기 접지전극은 상기 프레임의 일측에 형성된 채 플라즈마를 반응챔버 외측으로 방출시키기 위한 복수의 플라즈마 방출구를 포함한다.More preferably, the ground electrode includes a plurality of plasma discharge ports for discharging the plasma to the outside of the reaction chamber while being formed on one side of the frame.

또한, 본 발명은 제 1 및 제 2 활성전극과 이에 대응하는 접지전극 사이에 플라즈마를 생성시키는 대기압 플라즈마 발생방법을 개시한다. 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생방법은, 반응기체의 존재 하에 상기 제 1 활성전극에 전력을 인가하여 상기 제 1 활성전극과 접지전극 사이에 플라즈마를 점화시키고 그 플라즈마가 제 2 활성전극 측으로 유도되게 하는 것과; 상기 제 2 활성전극에 다른 전력을 인가하고 먼저 생성된 플라즈마를 시드(seed)로 하여 제 2 활성전극과 접지전극 사이에 플라즈마를 생성시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention discloses an atmospheric pressure plasma generating method for generating a plasma between the first and second active electrodes and the corresponding ground electrode. Atmospheric pressure plasma generating method according to the present invention, by applying electric power to the first active electrode in the presence of the reactor body to ignite the plasma between the first active electrode and the ground electrode and to cause the plasma to be directed to the second active electrode side With; And applying a different power to the second active electrode and generating a plasma between the second active electrode and the ground electrode using the first generated plasma as a seed.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<실시예><Example>

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 측단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 발생장치의 전극 배열을 도시한 모식도이다.FIG. 2 is a side cross-sectional view schematically illustrating an atmospheric pressure plasma generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrode arrangement of the plasma generator shown in FIG. 1.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치(1)는 하나의 접지전극(10)과, 그 접지전극(10)에 마주하는 2개의 활성전극(20, 40)을 포함하며, 상기 접지전극(10)과 활성전극(20, 40)들은 프레임(60) 내 반응챔버(62) 내에 위치되어 있다. 2 and 3, the atmospheric pressure plasma generator 1 according to the present embodiment includes one ground electrode 10 and two active electrodes 20 and 40 facing the ground electrode 10. The ground electrode 10 and the active electrodes 20 and 40 are located in the reaction chamber 62 in the frame 60.

접지전극(10)은, 판형, 바(bar)형, 실린더 튜브형으로 형성 가능하되, 본 실시예에서는 판상으로 형성된 채, 활성전극(20, 40)들 아래쪽에서 그 활성전극(20, 40)들과 소정 거리로 이격되어 있다. 상기 활성전극(20, 40)들, 즉, 제 1 및 제 2 활성전극(20, 40)들은 서로 나란하게 정렬된 채 수평방향으로 이격되어 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 활성전극들 각각은, 대기압 방전, 즉, 유전체 장벽 방전을 이루기 위해, 도전성의 전극판(22, 42) 및 그 전극판(22, 42)의 저면에 형성된 유전체막(24, 44)을 포함한다. 그리고, 상기 활성전극(20, 40)들 사이의 거리는 전력이 인가될 때 충분한 절연 거리를 확보하면서도 가능한 한 가깝게 정해지는 것이 바람직하다.The ground electrode 10 may be formed in a plate shape, a bar shape, a cylinder tube shape, and in the present embodiment, the ground electrode 10 may be formed in a plate shape, and the active electrodes 20 and 40 may be disposed below the active electrodes 20 and 40. And spaced apart from the predetermined distance. The active electrodes 20 and 40, that is, the first and second active electrodes 20 and 40 are spaced apart in a horizontal direction while being aligned with each other. In addition, each of the first and second active electrodes includes a conductive electrode plate 22 and 42 and a dielectric film formed on the bottom surface of the electrode plate 22 and 42 to achieve atmospheric pressure discharge, that is, a dielectric barrier discharge. (24, 44). In addition, the distance between the active electrodes 20 and 40 is preferably determined as close as possible while ensuring a sufficient insulation distance when electric power is applied.

본 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치(1)는 반응챔버(62) 외측에 제 1 및 제 2 전원(30, 50)을 포함한다. 상기 제 1 전원(30)은 제 1 활성전극(20)에 연결되고 제 2 전원(50)은 제 2 활성전극(40)에 연결된다. 본 실시예에서, 상기 제 1 전원(30)은 1~3000Khz, 보다 바람직하게는, 수 내지 수십 KHz의 주파수 대역을 갖는 전력을 제 1 활성전극(20)에 인가하는 것으로서 주파수 범위로 볼 때 MF 전원인 것이 바람직하다. 그리고, 제 2 전원(50)은 수 내지 수십 MHz의 주파수 대역, 보다 바람직하게는, 13.56MHz의 전력을 제 2 활성전극(40)에 인가하는 RF 전원으로 이루어진다.The atmospheric pressure plasma generator 1 according to the present embodiment includes first and second power sources 30 and 50 outside the reaction chamber 62. The first power source 30 is connected to the first active electrode 20 and the second power source 50 is connected to the second active electrode 40. In the present embodiment, the first power supply 30 is applied to the first active electrode 20 as a power having a frequency band of 1 ~ 3000Khz, more preferably, several to several tens of KHz MF when viewed in the frequency range MF It is preferable that it is a power supply. The second power source 50 is an RF power source that applies a frequency band of several to several tens of MHz, more preferably, 13.56 MHz to the second active electrode 40.

한편, 본 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치(1)는 반응기체로서 N2 가스를 이용한다. N2 가스를 반응기체로 이용하여 전극들 사이에서 플라즈마를 점화 시키기 위해서는, 상대적으로 높은 전압이 요구된다. 이하 설명되는 바와 같이, 본 실시예에 따른 대기압 플라즈마 처리장치(1)는 제 1 활성전극(20)과 접지전극(10) 사이에서 플라즈마를 초기 점화시키는데, 이는 제 1 활성전극(20)이 고전압을 발생시킬 수 있는 제 1 전원(30)에 연결되기 때문에 가능하다.On the other hand, the atmospheric pressure plasma generating apparatus 1 according to the present embodiment uses N 2 gas as the reactor body. In order to ignite the plasma between the electrodes using N 2 gas as the reactor body, a relatively high voltage is required. As will be described below, the atmospheric pressure plasma processing apparatus 1 according to the present embodiment initially ignites a plasma between the first active electrode 20 and the ground electrode 10, which causes the first active electrode 20 to have a high voltage. This is possible because it is connected to the first power source 30 that can generate a.

한편, 제 2 전원(50)은 RF 주파수 대역을 갖는 상대적으로 낮은 전압의 전력을 제 2 활성전극(40)에 인가하며, 따라서, 제 2 활성전극(40)과 접지전극(10) 사이에서는 초기 플라즈마 점화가 일어나지 않는다. 반면, 제 2 활성전극(40)이 제 2 전원(50)으로부터 전력을 인가받음과 동시에 상기 제 1 활성전극(20) 측에서 점화, 생성된 플라즈마가 제 2 활성전극(40)과 접지전극(10) 사이로 유도되므로, 상기 제 2 활성전극(40)은 먼저 점화된 플라즈마를 시드(seed)로 하여 접지전극(10)과의 사이에 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 이 때, 제 2 활성전극(40)에 대한 전력인가로 생성되는 플라즈마는 고밀도의 특성을 갖는데, 이는 고주파의 전력이 효율적인 방전을 이루기 때문이다.On the other hand, the second power source 50 applies a relatively low voltage power having an RF frequency band to the second active electrode 40, and thus, the second power source 50 is initially initialized between the second active electrode 40 and the ground electrode 10. Plasma ignition does not occur. On the other hand, while the second active electrode 40 receives electric power from the second power source 50, the plasma generated and ignited on the first active electrode 20 side generates the second active electrode 40 and the ground electrode ( 10, the second active electrode 40 may generate a plasma between the ground electrode 10 and the first ignited plasma as a seed. At this time, the plasma generated by applying the power to the second active electrode 40 has a high density because the high-frequency power makes efficient discharge.

도 4는 전술한 대기압 플라즈마 장치에서 플라즈마가 발생되는 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a view schematically showing the order in which plasma is generated in the above-described atmospheric pressure plasma apparatus.

도 4의 (a)는 제 1 활성전극과 접지전극 사이에서 플라즈마(P)가 점화, 생성되는 상태를 보여준다. 제 1 활성전극(20)과 접지전극(10) 사이에는 반응기체, 보다 구체적으로는, N2 가스가 존재하며, 제 1 활성전극(10)에는 상대적으로 높은 전압의 MF 전력이 인가된다.4A illustrates a state in which the plasma P is ignited and generated between the first active electrode and the ground electrode. A reactor body, more specifically, N 2 gas exists between the first active electrode 20 and the ground electrode 10, and MF power having a relatively high voltage is applied to the first active electrode 10.

도 4의 (b)는 도 4의 (a)에서 생성된 플라즈마(P)가 제 2 활성전극(40)과 접지전극(10) 사이로 유도되는 상태를 보여준다. 이 상태에서, 제 2 활성전극(40)은MF 전력보다 상대적으로 낮은 전압의 RF 전력은 인가받고 있다. 따라서, 제 2 활성전극(40)은, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 먼저 생성된 플라즈마(P)를 시드(seed)로 하여 제 2 활성전극(40)과 접지전극(10) 사이에 플라즈마를 생성하고 그 플라즈마의 생성을 지속시킬 수 있는 것이다. 특히, 상기 제 2 활성전극(40)이 RF 전원으로부터 전자의 운동속도를 빠르게 해주는 고주파의 전력을 인가받으므로 상기 제 1 및 제 2 활성전극(40)과 접지전극(10) 사이에 고밀도의 플라즈마를 생성시키며, 이 고밀도의 플라즈마는 반응챔버(62) 내로 확산된다. 4B illustrates a state in which the plasma P generated in FIG. 4A is induced between the second active electrode 40 and the ground electrode 10. In this state, the second active electrode 40 is applied with RF power having a voltage lower than that of the MF power. Accordingly, as shown in FIG. 4C, the second active electrode 40 has a seed generated from the first active plasma 40 and the ground electrode 10 as a seed. It is possible to generate a plasma in between and to continue generating the plasma. In particular, since the second active electrode 40 receives a high frequency power that accelerates the movement speed of electrons from the RF power source, a high density plasma is formed between the first and second active electrodes 40 and the ground electrode 10. This high density plasma is diffused into the reaction chamber (62).

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 개략적으로 도시한 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치(1)는 4개의 활성전극(20a, 20b 및 40a, 40b)들을 접지전극(10)과 이격되게 구비하고 있다. 이 4개의 활성전극들은, 1 전원(30)으로부터 MF파의 전력을 인가받는 2개의 제 1 활성전극(20a, 20b)과 제 2 전원(50)으로부터 RF파의 전력을 인가받는 2개의 제 2 활성전극(40a, 40b)은 구성된다. 또한, 상기 제 1 활성전극(20a, 20b) 및 제 2 활성전극(40a, 40b)은 서로 이웃할 수 있도록 교대로 배열된다. 위와 같은 전극 배열은 앞선 실시예와 같이 플라즈마의 점화 및 그 점화된 플라즈마를 시드(seed)로 하는 플라즈마 생성이 가능함과 동시에 보다 대용량의 플라즈마를 생성시킬 수 있어 대면적 처리대상물 및 많은 수의 처리대상물을 플라즈마 처리하는데 적합하다. 또한, 본 실시예에서는 2개 및 4개의 활성전극이 설명되었 지만, 2개의 이상, 보다, 바람직하게는, 2의 배수로 활성전극을 마련하고 서로 다른 전원에 연결되는 활성전극들을 서로 이웃하게 배열하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.Figure 5 is a side cross-sectional view schematically showing an atmospheric pressure plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention. As shown, the atmospheric pressure plasma generating apparatus 1 according to the present embodiment includes four active electrodes 20a, 20b, and 40a, 40b spaced apart from the ground electrode 10. These four active electrodes include two first active electrodes 20a and 20b receiving MF wave power from one power source 30 and two second receiving RF waves from the second power source 50. The active electrodes 40a and 40b are constructed. In addition, the first active electrodes 20a and 20b and the second active electrodes 40a and 40b are alternately arranged to be adjacent to each other. As described above, the electrode array is capable of igniting the plasma and generating a plasma having the ignited plasma as seed, and at the same time, generating a larger volume of plasma. Is suitable for plasma treatment. In addition, although two and four active electrodes have been described in this embodiment, two or more, more preferably, two active electrodes are arranged in multiples of two, and the active electrodes connected to different power sources are arranged next to each other. It is also within the scope of the present invention.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대기압 플라즈마 발생장치를 도시한 도면으로서, 본 실시예에서는 접지전극(10')이 프레임(60)의 하부벽과 일체를 이루면서 다수의 플라즈마 방출구(12')를 구비한다. 이 방출구(12')는 위에서 설명한 것과 같이 제 1 활성전극(20)과 접지전극(10) 사이에 점화, 생성되고 제 2 활성전극(40)과 접지전극(10) 사이의 방전에 의해 반응챔버(62) 내에 고밀도로 생성된 플라즈마를 반응챔버(62) 외측으로 분사하여 그 분사되는 플라즈마로써 외부의 처리대상물을 플라즈마 처리할 수 있도록 해준다.6 is a diagram illustrating an atmospheric pressure plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the ground electrode 10 ′ is integrally formed with the lower wall of the frame 60. 12 '). The discharge opening 12 'is ignited and generated between the first active electrode 20 and the ground electrode 10 as described above and reacted by the discharge between the second active electrode 40 and the ground electrode 10. Plasma generated at a high density in the chamber 62 is injected to the outside of the reaction chamber 62 to allow plasma processing of an external object to be treated as the injected plasma.

도 7은 도 6에 도시된 대기압 플라즈마 발생장치의 바람직한 응용예를 설명하기 위한 도면으로서, 처리대상물(T)을 이동시키는 이동수단(80)을 플라즈마 방출구(12') 아래쪽에 마련한 예를 보여준다. 이 경우, 처리대상물(T)은 제 1 및 제 2 활성전극(20, 40)에서 각각 발생한 플라즈마에 의해 골고루 처리되며, 이는 제 1 및 제 2 활성전극(20, 40) 사이에 있을 수 있는 플라즈마 밀도차에 관계없이 처리대상물(T)의 균일한 플라즈마 처리를 가능하게 해준다. 대안적으로, 처리대상물(T)을 이동시키는 대신에, 대기압 플라즈마 처리장치를 이동시키면서 처리대상물(T)에 대해 플라즈마 처리를 하는 것도 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위 내에 있는 것이다.FIG. 7 is a view for explaining a preferred application example of the atmospheric pressure plasma generating apparatus shown in FIG. 6, and shows an example in which a moving means 80 for moving the object T is provided below the plasma discharge port 12 ′. . In this case, the object to be treated T is uniformly processed by the plasma generated at the first and second active electrodes 20 and 40, respectively, which may be between the first and second active electrodes 20 and 40. This enables uniform plasma treatment of the object to be treated (T) regardless of the density difference. Alternatively, instead of moving the treatment object T, it is also possible to perform a plasma treatment on the treatment object T while moving the atmospheric plasma treatment apparatus, which is also within the scope of the present invention.

앞선 실시예의 설명에서, 활성전극 및 접지전극이 판 형상으로 형성되는 것으로 설명되었으나 봉 형상 등 다양한 형상의 전극도 본 발명의 범위 내에 있으며 또한 복수의 활성전극을 봉의 형태로 형성하고 접지전극을 상기 복수의 활성전극을 에워싸는 관의 형태로 형성할 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위 내에 있는 것이다.  In the above description of the embodiment, it has been described that the active electrode and the ground electrode is formed in a plate shape, but electrodes of various shapes such as rod shapes are also within the scope of the present invention, and a plurality of active electrodes are formed in the form of a rod and the ground electrode is formed in the plurality. It can also be formed in the form of a tube surrounding the active electrode of, which is also within the scope of the present invention.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치는, 고밀도의 플라즈마의 생성은 가능하지만 플라즈마 점화에 필요한 고전압 인가에 한계가 있는 기존 대기압 플라즈마 발생장치의 문제점을 해결하므로, 상대적으로 높은 전압에 의해 플라즈마 점화되는 질소, 산소, 공기 등 저가의 반응기체 사용이 가능하면서도 고밀도의 플라즈마를 발생시키는 것이 가능한 이점을 갖는다. As described above, the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention solves the problem of the conventional atmospheric pressure plasma generator which is capable of generating high density plasma but has a limitation in applying a high voltage required for plasma ignition. It is possible to use inexpensive reactor bodies such as nitrogen, oxygen, and air, which are plasma ignited, and to generate a high density plasma.

특히, 본 발명은, 플라즈마 점화에 특히 적합하고 장치의 대형화 구현이 쉬운 MF 전원과 고밀도 플라즈마 생성이 가능한 RF 전원으로 이루어지는 복합전원을 이용함으로써, 플라즈마 처리 효율이 높고, 다량, 다수의 처리대상물 처리가 가능하고, 또한, 저가의 반응기체 사용에 따라 경제성이 매우 뛰어난 대기압 플라즈마 처리장치의 구현이 가능하다는 효과를 갖는다. In particular, the present invention utilizes a complex power supply consisting of an MF power supply, which is particularly suitable for plasma ignition and easily implements an enlargement of the apparatus, and an RF power supply capable of generating high-density plasma. In addition, the use of an inexpensive reactor enables the implementation of an atmospheric pressure plasma treatment device having excellent economic efficiency.

Claims (13)

반응기체 존재 하에 플라즈마를 발생시키는 대기압 플라즈마 발생장치에 있어서,In the atmospheric pressure plasma generating apparatus for generating a plasma in the presence of a reactor body, 접지전극과;A ground electrode; 서로 다른 전압 및 주파수 대역을 갖는 제 1 및 제 2 전원과;First and second power sources having different voltage and frequency bands; 상기 제 1 전원으로부터 전력을 인가받아, 상기 접지전극과의 사이에서 플라즈마를 점화, 생성시키는 제 1 활성전극과;A first active electrode receiving power from the first power source to ignite and generate a plasma between the ground electrode; 상기 제 2 전원으로부터 전력을 인가받고 상기 제 1 활성전극 부근에서 생성된 플라즈마를 시드(seed)로 하여 상기 접지전극 사이에 플라즈마를 발생시키는 제 2 활성전극을;A second active electrode configured to generate plasma between the ground electrodes by receiving power from the second power source and seeding the plasma generated near the first active electrode; 포함하는 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치. Atmospheric pressure plasma generating apparatus using a composite power source comprising a. 청구항 1에 있어서, 상기 반응기체는 질소(N2), 산소(O2), 공기 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 1, wherein the reactor body is nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), air, or a mixture thereof. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 활성전극과 상기 제 2 활성전극은 각각 한 개씩 마련된 채 서로 이웃해 있는 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 1, wherein each of the first active electrode and the second active electrode is provided adjacent to each other. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 활성전극과 상기 제 2 활성전극은, 각각 복수개로 마련된 채, 서로에 대해 이웃할 수 있도록 교대로 배치됨을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치. The apparatus of claim 1, wherein the first active electrode and the second active electrode are provided in plural numbers and alternately arranged to be adjacent to each other. 청구항 1에 있어서, 상기 접지전극 그리고 상기 제 1 및 제 2 활성전극 포함하도록 반응챔버를 구획 형성하는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The apparatus of claim 1, further comprising a frame defining a reaction chamber to include the ground electrode and the first and second active electrodes. 청구항 5에 있어서, 상기 접지전극은 상기 프레임의 일측에 형성된 채 플라즈마를 반응챔버 외측으로 방출시키기 위한 복수의 플라즈마 방출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치. The atmospheric pressure plasma generator as set forth in claim 5, wherein the ground electrode includes a plurality of plasma discharge ports formed on one side of the frame to discharge the plasma out of the reaction chamber. 청구항 6에 있어서, 상기 플라즈마 방출구 아래쪽에서 마련된 채 처리대상물을 이동시는 이동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.The atmospheric pressure plasma generator as set forth in claim 6, further comprising moving means for moving the object to be processed under the plasma discharge port. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전원은 MF 전원이며 상기 제 2 전원은 RF 전원인 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The atmospheric pressure plasma generator as claimed in any one of claims 1 to 7, wherein the first power source is an MF power source and the second power source is an RF power source. 제 1 및 제 2 활성전극과 이에 대응하는 접지전극 사이에 플라즈마를 생성시키는 대기압 플라즈마 발생방법으로서,An atmospheric pressure plasma generating method for generating a plasma between a first active electrode and a second active electrode and a ground electrode corresponding thereto. 반응기체의 존재 하에 상기 제 1 활성전극에 전력을 인가하여 상기 제 1 활성전극과 접지전극 사이에 플라즈마를 점화시키고 그 플라즈마가 제 2 활성전극 측으로 유도되게 하는 것과;Applying electric power to the first active electrode in the presence of a reactor body to ignite a plasma between the first active electrode and the ground electrode and direct the plasma to the second active electrode side; 상기 제 2 활성전극에 다른 전력을 인가하고 먼저 생성된 플라즈마를 시드(seed)로 하여 제 2 활성전극과 접지전극 사이에 플라즈마를 생성시키는 것을;Applying a different power to the second active electrode and generating a plasma between the second active electrode and the ground electrode using the first generated plasma as a seed; 포함하는 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생방법.Atmospheric pressure plasma generation method using a composite power source comprising a. 청구항 9에 있어서, 상기 반응기체는 질소(N2), 산소(O2), 공기 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생방법.10. The method of claim 9, wherein the reactor is nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), air or a mixture thereof. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 제 1 활성전극은 MF 전원으로부터 전력을 인가받고 상기 제 2 활성전극은 RF 전원으로부터 전력을 인가받는 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생방법.The method of claim 9 or 10, wherein the first active electrode receives electric power from the MF power source and the second active electrode receives electric power from the RF power source. 청구항 9에 있어서, 상기 제 1 활성전극과 상기 제 2 활성전극은, 각각 복수 개로 마련된 채, 서로에 대해 이웃할 수 있도록 교대로 배치됨을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생방법.10. The method of claim 9, wherein the first and second active electrodes are provided in plural numbers, and are alternately arranged to be adjacent to each other. 청구항 9에 있어서,The method according to claim 9, 제 1 및 제 2 활성전극 측에서 생성된 플라즈마를 프레임 내 반응챔버로부터 외부로 방출하여 프레임 외측의 처리대상물에 대하여 플라즈마 처리를 수행하되,Plasma generated on the first and second active electrode side to the outside from the reaction chamber in the frame to perform a plasma treatment on the object to be processed outside the frame, 상기 플라즈마 처리는 상기 프레임 또는 상기 처리대상물을 이동시키면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합전원을 이용한 대기압 플라즈마 발생방법.The plasma treatment method is an atmospheric pressure plasma generation method using a composite power source, characterized in that the movement of the frame or the object to be processed.
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