KR20140101235A - 분사형 플라즈마 발생기 - Google Patents

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Abstract

공간적으로 균일한 대면적 플라즈마 제트를 구현하기 위한 분사형 플라즈마 발생기를 제공한다. 분사형 플라즈마 발생기는, 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하며 일측에 가스 주입구와 반대편 일측에 가스 배출구를 형성하는 유전 지지체와, 가스 주입구를 관통하면서 적어도 일부가 유전 지지체의 내부에 위치하는 제1 구동 전극과, 유전 지지체의 반경 방향을 따라 제1 구동 전극과 겹치도록 유전 지지체 상에 위치하는 제2 구동 전극과, 유전 지지체 상에서 제2 구동 전극과 이격 배치되는 접지 전극을 포함한다.

Description

분사형 플라즈마 발생기 {JET TYPE PLASMA GENERATOR}
본 발명은 분사형 플라즈마 발생기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공간적으로 균일한 대면적 플라즈마 제트를 구현하기 위한 분사형 플라즈마 발생기에 관한 것이다.
다양한 기술 분야에서 대면적 플라즈마 처리 기술이 요구되고 있다. 예를 들어, 세정, 증착, 식각 등 널리 알려진 플라즈마 공정 이외에 유연 디스플레이(flexible display)의 기판으로 사용되는 폴리머 기판의 표면 처리나 특정 물질 분해를 위한 생화학적 응용 등 다양한 분야에서 플라즈마 공정을 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
플라즈마 발생기는 발생 원리와 전극 구조에 따라 다양한 방식으로 분류되며, 이 가운데 용량성 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma, CCP) 방식을 이용한 분사형 플라즈마 발생기가 있다. 그런데 이 경우 높은 압력에서 균일한 대면적 플라즈마 생성이 어렵고, 플라즈마 분사를 위해 높은 전압과 높은 유량이 요구되는 기술적인 어려움이 있다.
본 발명은 공간적으로 균일하고 분사 거리가 긴 대면적 플라즈마 제트를 구현함과 아울러 낮은 전압과 낮은 유량에서 플라즈마 분사를 효과적으로 수행할 수 있는 분사형 플라즈마 발생기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기는 유전 지지체, 제1 구동 전극, 제2 구동 전극, 및 접지 전극을 포함한다. 유전 지지체는 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 일측에 가스 주입구와 반대편 일측에 가스 배출구를 형성한다. 제1 구동 전극은 가스 주입구를 관통하면서 적어도 일부가 유전 지지체의 내부에 위치한다. 제2 구동 전극은 유전 지지체의 반경 방향을 따라 제1 구동 전극과 겹치도록 유전 지지체 상에 위치한다. 접지 전극은 유전 지지체 상에서 제2 구동 전극과 이격 배치된다.
제1 구동 전극은 막대 모양으로 형성되고, 가스 주입구의 중앙을 관통하면서 유전 지지체의 길이 방향과 나란하게 배치될 수 있다. 가스 배출구를 향한 제1 구동 전극의 단부는 제2 구동 전극보다 가스 배출구에 가깝게 위치하며, 접지 전극은 제1 구동 전극 및 제2 구동 전극보다 가스 배출구에 더 가깝게 위치할 수 있다.
제1 구동 전극과 제2 구동 전극은 공통 전원부에 연결되어 같은 교류 전압을 인가받을 수 있다. 다른 한편으로, 제1 구동 전극과 제2 구동 전극은 제1 전원부 및 제2 전원부에 각각 연결되어 제1 교류 전압과 제2 교류 전압을 각각 인가받을 수 있다. 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 서로 반대 극성의 바이폴라 펄스 전압일 수 있다. 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 같은 크기(진폭)를 가지거나, 서로 다른 크기(진폭)를 가질 수 있다.
접지 전극은 유전 지지체의 길이 방향을 따라 서로 이격된 복수의 접지 전극으로 구성될 수 있다. 제2 구동 전극과 접지 전극은 유전 지지체의 외면과 접하는 고리 모양으로 형성되거나, 유전 지지체의 길이 방향을 따라 기 설정된 폭을 가지는 관 또는 덕트 모양으로 형성될 수 있다.
제1 구동 전극은 길이 방향을 따라 그 내부를 관통하는 관통 홀을 형성하여 일측에 가스 주입구를 형성하고, 반대편 일측에 가스 배출구를 형성할 수 있다.
제1 구동 전극의 가스 주입구로 방전 가스와 반응성 가스 또는 공정 가스의 혼합물이 투입될 수 있다. 다른 한편으로, 유전 지지체의 가스 주입구로 방전 가스가 투입되고, 제1 구동 전극의 가스 주입구로 반응성 가스 또는 공정 가스가 투입될 수 있다. 접지 전극과 가스 배출구 사이의 유전 지지체 상에 적어도 하나의 보조 주입구가 형성될 수 있다.
분사형 플라즈마 발생기는 유전 지지체의 내부 공간에서 반경 방향을 따라 플라즈마 세기를 균일화하여 공간적으로 매우 균일한 플라즈마 제트를 실현할 수 있다. 또한, 전기장 집중으로 플라즈마 세기를 높임에 따라, 비교적 낮은 전압과 낮은 유량 조건에서도 플라즈마 제트를 효과적으로 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 분사형 플라즈마 발생기의 단면도이다.
도 3은 유전 지지체의 반경 방향에 따른 플라즈마의 광량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 플라즈마 제트가 발생한 분사형 플라즈마 발생기의 내부를 나타낸 사진이다.
도 5a와 도 5b는 각각 도 3과 도 4에 나타낸 제1 비교예와 제2 비교예에 따른 분사형 플라즈마 발생기를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시한 분사형 플라즈마 발생기에서 접지 전극의 위치 변화에 따른 플라즈마 제트의 분사 거리를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상에” 또는 “위에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, “~ 상에” 또는 “~ 위에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.
도 1과 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도와 단면도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 제1 실시예의 분사형 플라즈마 발생기(100)는 유전 지지체(10), 제1 구동 전극(21), 제2 구동 전극(22), 및 접지 전극(30)을 포함한다. 제1 구동 전극(21)의 적어도 일부는 유전 지지체(10)의 내부에 위치하고, 제2 구동 전극(22)과 접지 전극(30)은 유전 지지체(10) 상에 위치한다.
유전 지지체(10)는 유전체로 제작된 관 또는 덕트 모양의 부재로서 그 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성한다. 유전 지지체(10)는 일측에 가스 주입구(11)를 형성하고, 반대편 일측에 가스 배출구(12)를 형성한다. 도 1에서는 원통형 유전 지지체(10)를 예로 들어 도시하였으나, 유전 지지체(10)의 단면은 원형 이외에 사각형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.
유전 지지체(10)의 가스 주입구(11)는 도시하지 않은 기체 공급 장치 및 유량 조절기와 연결된다. 가스 주입구(11)를 통해 유전 지지체(10) 내부로 투입되는 가스는 방전 가스로서, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 또는 질소(N2)와 같은 불활성 가스이거나 불활성 가스와 클린 드라이 에어(clean dry air)의 혼합물일 수 있다.
또한, 필요에 따라 방전 가스에 반응성 가스 또는 공정 가스가 추가될 수 있다. 반응성 가스 또는 공정 가스는 분사형 플라즈마 발생기(100)의 용도(세정, 증착, 식각, 표면 처리, 물질 분해 등)에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 반응성 가스 또는 공정 가스는 SF6, CH4, CF4, O2, 또는 NF3 등을 포함할 수 있다.
제1 구동 전극(21)은 막대형 전극일 수 있고, 제2 구동 전극(22)은 고리형 전극일 수 있다. 제1 구동 전극(21)과 제2 구동 전극(22)은 공통 전원부(25)에 연결되어 이로부터 같은 교류 전압을 인가받는다.
제1 구동 전극(21)은 가스 주입구(11)를 관통하면서 유전 지지체(10)의 일측에 설치된다. 특히 제1 구동 전극(21)은 가스 주입구(11)의 중앙을 관통하면서 유전 지지체(10)의 길이 방향과 나란하게 설치된다. 이로써 제1 구동 전극(21)은 유전 지지체(10)의 반경 방향을 따라 유전 지지체(10)의 내벽과 일정한 거리를 유지한다.
제2 구동 전극(22)은 유전 지지체(10)의 외벽과 접하며 원주 방향을 따라 유전 지지체(10)를 둘러싼다. 제2 구동 전극(22)은 유전 지지체(10)의 반경 방향을 따라 제1 구동 전극(21)과 중첩되며, 가스 배출구(12)를 향한 제1 구동 전극(21)의 단부는 제2 구동 전극(22)보다 가스 배출구(12)에 가깝게 위치한다.
유전 지지체(10)의 내부 공간을 편의상 중앙부와 주변부로 구분하면, 막대 모양의 제1 구동 전극(21)은 방전 가스의 흐름을 방해하지 않으면서 중앙부에서 플라즈마 방전에 필요한 전기장을 높게 유지시키는 기능을 한다. 그리고 고리 모양의 제2 구동 전극(22)은 유전 지지체(10)의 외벽과 접함에 따라 주변부에서 플라즈마 방전에 필요한 전기장을 높게 유지시키는 기능을 한다.
접지 전극(30)은 유전 지지체(10) 상에서 제2 구동 전극(22)과 이격 배치되며, 제1 구동 전극(21) 및 제2 구동 전극(22)보다 가스 배출구(12)에 가깝게 위치한다. 접지 전극(30)은 고리형 전극일 수 있으며, 유전 지지체(10)의 외벽과 접하면서 원주 방향을 따라 유전 지지체(10)를 둘러싼다. 제2 구동 전극(22)과 접지 전극(30)의 모양은 유전 지지체(10)의 형상에 따라 다양하게 변할 수 있다.
제1 구동 전극(21)과 제2 구동 전극(22)에 교류 전압을 인가하면, 제1 및 제2 구동 전극(21, 22)과 접지 전극(30)의 전위 차에 의해 유전 지지체(10) 내부에 전기장이 형성되어 플라즈마 방전이 일어난다. 이때 플라즈마 방전은 유전 지지체(10)의 벽전하를 이용하는 표면 방전형으로서 유전 지지체(10)의 내부와 외부에 걸쳐 플라즈마 제트(도 1에서 점선으로 도시)가 생성된다.
제1 및 제2 구동 전극(21, 22)에 인가되는 교류 전압은 수백V 내지 수kV의 크기와, 수kHz 내지 수백kHz의 주파수 특성을 가질 수 있다. 제1 및 제2 구동 전극(21, 22)의 운전 전압은 압력에 비례하여 높아지는데, 저압의 경우 수백V이고, 고압 및 대기압의 경우 수kV일 수 있다.
플라즈마 방전은 운전 전압이 내부 가스의 항복 전압보다 높을 때 발생하며, 방전 전류는 시간에 따라 계속 증가하다가 유전 지지체(10)의 표면에 벽전하가 쌓이는 양이 많아짐에 따라 감소한다. 즉, 방전 개시 이후 방전 전류가 높아짐에 따라 플라즈마 내부의 공간 전하들이 유전 지지체(10) 위에 쌓여 벽전하가 생성된다.
벽전하는 외부에서 걸리는 전압을 억제하는 기능을 하고, 유전 지지체(10)의 벽전압에 의해 시간이 지남에 따라 방전이 약해진다. 플라즈마 방전은 인가 전압이 유지되는 기간 동안 생성과 유지 및 소멸 과정을 반복한다. 따라서 저압, 대기압, 고압 조건 모두에서 방전이 아크로 전이되지 않으면서 낮은 전압으로도 효과적인 대용량 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 제트는 가스 유동에 의해 가스 배출구(12) 외측으로 이동하므로 제1 및 제2 구동 전극(21, 22)으로부터 가스 배출구(12)의 외측에 이르기까지 넓은 영역에 걸쳐 분포한다. 즉, 유전 지지체(10)의 내부와 가스 배출구(12)의 외측에 걸쳐 체적이 크고 분사 거리가 긴 대면적 플라즈마 제트가 형성된다.
이 과정에서 제1 구동 전극(21)은 유전 지지체(10)의 내부 중앙에 위치함에 따라 중앙부에 전기장을 집중시켜 중앙부의 플라즈마 세기를 높인다. 또한, 제2 구동 전극(22)은 제1 구동 전극(21)을 둘러싸며 유전 지지체(10)의 외벽과 접하도록 위치함에 따라 주변부의 플라즈마 세기를 높인다.
따라서 본 실시예의 분사형 플라즈마 발생기(100)는 유전 지지체(10)의 내부 공간에서 반경 방향을 따라 플라즈마 세기를 균일화하여 공간적으로 매우 균일한 플라즈마 제트를 실현할 수 있다. 또한, 전기장 집중으로 플라즈마 세기를 높임에 따라, 비교적 낮은 전압과 낮은 유량 조건에서도 플라즈마 제트를 효과적으로 발생시킬 수 있다.
도 3은 유전 지지체의 반경 방향에 따른 플라즈마의 광량 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 플라즈마 제트가 발생한 분사형 플라즈마 발생기의 내부를 나타낸 사진이다. 도 3과 도 4에서 A는 제1 비교예, B는 제2 비교예, C는 제1 실시예를 나타내며, 도 3에서 광량은 플라즈마 세기에 비례한다.
도 5a와 도 5b는 각각 제1 비교예와 제2 비교예에 따른 분사형 플라즈마 발생기를 나타낸 사시도이다.
도 5a를 참고하면, 제1 비교예의 분사형 플라즈마 발생기는 유전 지지체(10)와, 유전 지지체(10)의 외벽과 접하는 고리 모양의 구동 전극(20a) 및 접지 전극(30a)을 포함한다.
도 5b를 참고하면, 제2 비교예의 분사형 플라즈마 발생기는 유전 지지체(10)와, 가스 주입구(11)를 관통하며 유전 지지체(10)의 일측에 설치된 막대 모양의 구동 전극(20b)과, 유전 지지체(10)의 외벽과 접하는 고리 모양의 접지 전극(30b)을 포함한다.
도 4의 실험에 사용된 제1 비교예와 제2 비교예 및 제1 실시예에 따른 구동 전극들의 인가 전압은 7kV이고, 주파수는 10kHz이다.
도 3과 도 4를 참고하면, 제1 비교예에서는 구동 전극(20a)이 유전 지지체(10)의 외벽에만 위치하므로 플라즈마 제트는 유전 지지체(10)의 내벽에 가까운 주변부에서만 강하게 발생한다. 따라서 유전 지지체(10)의 내부 공간에서 반경 방향에 따른 플라즈마 균일도가 저하된다.
제2 비교예에서는 구동 전극(20b)이 유전 지지체(10)의 내부 중앙에만 위치하므로 플라즈마 제트는 유전 지지체(10)의 내부 중앙에서 가장 큰 세기로 발생하고, 유전 지지체(10)의 내벽과 가까운 주변부에서 중간 세기로 발생한다. 이 경우에도 유전 지지체(10)의 내부 공간에서 반경 방향에 따른 플라즈마 균일도가 저하된다.
반면 제1 실시예의 경우에는 제1 구동 전극(21)과 제2 구동 전극(22)의 조합에 의해 유전 지지체(10)의 중앙부와 주변부 모두에서 플라즈마가 고르게 발생하며, 반경 방향에 따른 플라즈마 균일도를 효과적으로 높일 수 있다.
한편, 도 3에서 제1 실시예의 최대 광량(세기)이 제1 비교예 및 제2 비교예의 최대 광량보다 낮지만, 그 차이는 유의미하지 않으며, 공간적으로 균일한 플라즈마를 구현하는 효과가 부분적인 플라즈마 세기 증가보다 큰 의미를 가진다. 플라즈마 세기는 구동 전압 등을 조절함으로써 용이하게 제어할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시한 분사형 플라즈마 발생기에서 접지 전극의 위치 변화에 따른 플라즈마 제트의 분사 거리를 나타낸 그래프이다. 그래프의 가로축은 유전 지지체의 축 방향에 따른 거리를 나타내고, 세로축은 플라즈마의 광량(세기)을 나타낸다.
도 6을 참고하면, 접지 전극(30)이 제1 및 제2 구동 전극(21, 22)과 멀리 위치하고 가스 배출구(12)에 가깝게 위치할수록 플라즈마 제트의 분사 거리를 크게 할 수 있다. 다만, 접지 전극(30)이 가스 배출구(12)에 가깝게 위치할수록 제1 및 제2 구동 전극(21, 22)과의 거리가 멀어져 전기장이 약해지므로 플라즈마 세기는 다소 약해진다. 분사형 플라즈마 발생기(100)의 용도에 따라 플라즈마 세기와 분사 거리를 적절하게 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 7을 참고하면, 제2 실시예의 분사형 플라즈마 발생기(200)는 제1 구동 전극(21)과 제2 구동 전극(22)이 각자의 전원부(26, 27)에 연결되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
제1 구동 전극(21)은 제1 전원부(26)에 연결되어 제1 교류 전압을 인가받고, 제2 구동 전극(22)은 제2 전원부(27)에 연결되어 제2 교류 전압을 인가받는다. 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 서로 반대 극성의 바이폴라 펄스 전압일 수 있다. 제1 교류 전압과 제2 교류 전압 각각은 상승부와 유지부 및 하강부를 포함하며, 서로 180도의 위상 차를 가진다.
서로 반대 극성의 펄스 전압이 제1 구동 전극(21)과 제2 구동 전극(22)에 인가됨에 따라, 제1 교류 전압과 제2 교류 전압의 크기(진폭)가 같은 경우 플라즈마 발생기(200)의 실제 구동 전압은 제1 교류 전압 및 제2 교류 전압의 2배가 된다. 따라서 교류 전압 자체를 높이지 않고도 제1 구동 전극(21)과 제2 구동 전극(22) 사이에 높은 전기장을 형성할 수 있다. 이러한 구동 방법은 유전 지지체(10) 내부에서 보다 빠른 방전 개시를 가능하게 한다.
다른 한편으로, 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 서로 다른 크기(진폭)를 가질 수 있다. 제1 교류 전압은 유전 지지체(10)의 반경 방향에 따른 플라즈마 특성을 결정하고, 제2 교류 전압은 유전 지지체(10)의 축 방향에 따른 플라즈마 특성을 결정한다. 제1 교류 전압을 높이면 반경 방향으로 플라즈마 밀도를 높일 수 있고, 제2 교류 전압을 높이면 축 방향에 따른 플라즈마 길이를 늘릴 수 있다. 제1 교류 전압과 제2 교류 전압의 운전 효과는 중첩되어 나타난다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 8을 참고하면, 제3 실시예의 분사형 플라즈마 발생기(300)는 접지 전극(30)이 복수개로 분리 배치되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 또는 제2 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 도 8에서는 제1 실시예의 기본 구조를 도시하였으며, 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
접지 전극(30)은 서로 이격된 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32)을 포함할 수 있다. 한편, 접지 전극(30)은 3개 또는 그 이상으로도 구비될 수 있다. 접지 전극(30)이 복수개로 분리됨에 따라, 유전 지지체(10) 중 접지 전위가 차지하는 영역이 확대된다. 즉 제1 접지 전극(31)과 제2 접지 전극(32)의 사이 부위도 접지 영역이 된다.
따라서 유전 지지체(10) 내부에서 플라즈마 방전이 일어날 때 확대된 접지 전위를 타고 플라즈마 제트가 더 멀리 분사될 수 있다. 그 결과 제3 실시예의 분사형 플라즈마 발생기(300)는 플라즈마 제트의 균일도를 높이면서 분사 길이를 늘릴 수 있다. 즉 플라즈마 제트의 원거리 분사가 가능해진다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 9를 참고하면, 제4 실시예의 분사형 플라즈마 발생기(400)는 제1 구동 전극(21a)에 관통 홀이 형성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 어느 하나와 같은 구성으로 이루어진다. 도 9에서는 제1 실시예의 기본 구조를 도시하였으며, 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
제1 구동 전극(21a)은 유전 지지체(10)와 마찬가지로 관 또는 덕트 모양으로 형성되어 길이 방향을 따라 그 내부를 관통하는 관통 홀을 형성한다. 제1 구동 전극(21a)의 단면 형상은 유전 지지체(10)의 단면 형상과 같을 수 있다. 즉 유전 지지체(10)가 원통형인 경우 제1 구동 전극(21a) 또한 원통 모양으로 형성된다.
제1 구동 전극(21a)은 일측에 가스 주입구(211)를 형성하고, 반대편 일측에 가스 배출구(212)를 형성한다. 제1 구동 전극(21a)의 가스 배출구(212)는 유전 지지체(10)의 내부 정중앙에 위치한다.
방전 가스와 반응성 가스 또는 공정 가스의 혼합물은 제1 구동 전극(21a)의 가스 주입구(211)로 투입될 수 있다. 다른 한편으로, 방전 가스는 유전 지지체(10)의 가스 주입구(11)로 투입되고, 반응성 가스 또는 공정 가스는 제1 구동 전극(21a)의 가스 주입구(211)로 투입될 수 있다. 이 경우 반응성 가스 또는 공정 가스는 배출과 동시에 방전 가스로 둘러싸여 혼합된다.
플라즈마 처리 효과를 높이기 위해 반응성 가스의 양을 늘리면 플라즈마가 쉽게 불안정해진다. 유전 지지체(10)의 가스 주입구로 방전 가스를 투입하고, 제1 구동 전극(21a)의 가스 주입구(211)로 반응성 가스를 투입하는 경우, 공간적으로 분압 차이가 발생하므로 반응성 가스가 플라즈마에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 즉 유전 지지체(10) 내부 중 방전 가스의 분압이 높은 영역에서 먼저 플라즈마가 용이하게 생성되고, 플라즈마와 반응성 가스가 2차 반응하면서 반응성 가스의 효과적인 분해를 유도할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 10을 참고하면, 제5 실시예의 분사형 플라즈마 발생기(500)는 유전 지지체(10)에 적어도 하나의 보조 주입구(13)가 추가로 형성된 것을 제외하고 전술한 제4 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 제4 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
유전 지지체(10)의 보조 주입구(13)는 접지 전극(30)과 가스 배출구(12) 사이에 위치하며, 유전 지지체(10)의 반경 방향을 따라 설치된다. 도 10에서는 하나의 보조 주입구(13)를 도시하였으나, 보조 주입구(13)는 유전 지지체(10)의 반경 방향을 따라 복수개로 구비될 수 있다.
보조 주입구(13)로 투입되는 가스는 반응성 가스 또는 공정 가스이며, 제1 구동 전극(21a)의 가스 주입구(211)로 투입되는 가스와 같은 종류이거나 다른 종류일 수 있다. 보조 주입구가 접지 전극과 가스 배출구 사이에 위치함에 따라, 보조 주입구로 투입되는 반응성 가스는 플라즈마 제트 영역으로 투입된다.
제5 실시예의 플라즈마 발생기(500)는 두 종류 이상의 반응성 가스를 사용하는 경우와, 플라즈마 제트 영역으로 반응성 가스를 투입하는 것이 플라즈마 처리에 보다 효과적인 경우 유용하게 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 분사형 플라즈마 발생기의 사시도이다.
도 11을 참고하면, 제6 실시예의 분사형 플라즈마 발생기(600)는 제2 구동 전극(22)과 접지 전극(30)이 임의의 폭을 가지는 관 또는 덕트 모양으로 형성된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제5 실시예 중 어느 한 실시예와 같은 구성으로 이루어진다. 도 11에서는 제1 실시예의 기본 구조를 도시하였으며, 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
제2 구동 전극(22)과 접지 전극(30)은 유전 지지체(10)의 길이 방향을 따라 임의의 폭을 가지며, 유전 지지체(10)에 대응하는 관 또는 덕트 모양으로 형성된다. 제2 구동 전극(22)과 접지 전극(30)은 유전 지지체(10)의 외면과 접하도록 형성되거나, 제2 구동 전극(22)과 접지 전극(30) 중 어느 하나는 유전 지지체(10)의 내면과 접하도록 형성될 수 있다. 도 11에서는 첫 번째 경우를 예로 들어 도시하였다.
제6 실시예에서는 유전 지지체(10)와 접하는 제2 구동 전극(22)과 접지 전극(30)의 면적이 확대됨에 따라, 유전 지지체(10) 내부 공간 중 보다 넓은 영역에 걸쳐 균일한 플라즈마 제트를 형성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 200, 300, 400, 500, 600: 분사형 플라즈마 발생기
10: 유전 지지체 11: 가스 주입구
12: 가스 배출구 21: 제1 구동 전극
22: 제2 구동 전극 30: 접지 전극
25: 전원부 26: 제1 전원부
27: 제2 전원부

Claims (14)

  1. 내부에 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 일측에 가스 주입구와 반대편 일측에 가스 배출구를 형성하는 유전 지지체;
    상기 가스 주입구를 관통하면서 적어도 일부가 상기 유전 지지체의 내부에 위치하는 제1 구동 전극;
    상기 유전 지지체의 반경 방향을 따라 상기 제1 구동 전극과 겹치도록 상기 유전 지지체 상에 위치하는 제2 구동 전극; 및
    상기 유전 지지체 상에서 상기 제2 구동 전극과 이격 배치되는 접지 전극
    을 포함하는 분사형 플라즈마 발생기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동 전극은 막대 모양으로 형성되고, 상기 가스 주입구의 중앙을 관통하면서 상기 유전 지지체의 길이 방향과 나란하게 배치되는 분사형 플라즈마 발생기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스 배출구를 향한 상기 제1 구동 전극의 단부는 상기 제2 구동 전극보다 상기 가스 배출구에 가깝게 위치하고,
    상기 접지 전극은 상기 제1 구동 전극 및 상기 제2 구동 전극보다 상기 가스 배출구에 더 가깝게 위치하는 분사형 플라즈마 발생기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구동 전극과 상기 제2 구동 전극은 공통 전원부에 연결되어 같은 교류 전압을 인가받는 분사형 플라즈마 발생기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 구동 전극과 상기 제2 구동 전극은 제1 전원부 및 제2 전원부에 각각 연결되어 제1 교류 전압과 제2 교류 전압을 각각 인가받으며,
    상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압은 서로 반대 극성의 바이폴라 펄스 전압인 분사형 플라즈마 발생기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압은 같은 크기(진폭)를 가지는 분사형 플라즈마 발생기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 교류 전압과 상기 제2 교류 전압은 서로 다른 크기(진폭)를 가지는 분사형 플라즈마 발생기.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 접지 전극은 상기 유전 지지체의 길이 방향을 따라 서로 이격된 복수의 접지 전극으로 구성되는 분사형 플라즈마 발생기.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제2 구동 전극과 상기 접지 전극은 상기 유전 지지체의 외면과 접하는 고리 모양으로 형성되는 분사형 플라즈마 발생기.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제2 구동 전극과 상기 접지 전극은 상기 유전 지지체의 길이 방향을 따라 기 설정된 폭을 가지는 관 또는 덕트 모양으로 형성되는 분사형 플라즈마 발생기.
  11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 구동 전극은 길이 방향을 따라 그 내부를 관통하는 관통 홀을 형성하여 일측에 가스 주입구를 형성하고, 반대편 일측에 가스 배출구를 형성하는 분사형 플라즈마 발생기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 구동 전극의 가스 주입구로 방전 가스와 반응성 가스 또는 공정 가스의 혼합물이 투입되는 분사형 플라즈마 발생기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유전 지지체의 가스 주입구로 방전 가스가 투입되고,
    상기 제1 구동 전극의 가스 주입구로 반응성 가스 또는 공정 가스가 투입되는 분사형 플라즈마 발생기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 접지 전극과 상기 가스 배출구 사이의 상기 유전 지지체 상에 적어도 하나의 보조 주입구가 형성되는 분사형 플라즈마 발생기.
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