고밀도 자화 플라즈마에서의 자발적 진동 및 구조형성 현상에 관한 연구

Abstract

파이프 리미터를 삽입하여 반경방향으로 제한된 고밀도 자화 헬리콘 플라즈마에서 세 가지의 구조형성 현상이 관찰되었다. 아르곤 방전 압력을 변화시킬 때, 매우 느린 깜박거림의 양안정 모드 천이 현상이 관찰되었고, 1 kHz 정도의 느린 주파수의 외부에서 유도하지 않은 자발적 진동이 관찰되었는데, 이 진동은 특정 조건에서 매우 민감한 주기배증 현상과 혼돈 현상을 보였다. 그리고 RF 파워를 헬리콘 모드 천이 임계값 근방으로 하였을 때, 소스부와 확산부 사이에 큰 밀도차가 발생하는 플라즈마 막힘 현상이 처음으로 발견 되었다. 플라즈마 막힘 현상은 길게 분포하는 플라즈마에 특징적으로 나타나는 플라즈마 압력 분포에 따른 축방향 전기장 형성과 관련이 있다. 축방향 전기장은 전자의 에너지 분포와 상호작용을 하여 파이프를 따라 충분한 크기의 전기장이 형성되면 확산부 영역에서 전리가 일어나지 않게 한다. 헬리콘 소스의 물리값은 외부 자기장 800 가우스, 전자밀도 $10^{13} cm^{-3}$ 으로 직경 10 cm 인 파이렉스 튜브에서 플라즈마가 RF 원턴 안테라로 커플되어 있고, 직경 4 cm, 길이 10 cm 인 구리 파이프를 통해서 반경 방향으로 제한된 후 확산부로 나오게 된다. RF 파워는 300 watt 에서 700 watt 대역에서 실험하였고, 아르곤 방전 압력은 0.1 mTorr 에서 10 mTorr 대역이다.