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자장여과 아크 소스에서 각 전자석이 플라즈마 인출에 미치는 영향
The effects of solenoid magnet on plasma extraction in Filtered Vacuum Arc Source (FVAS)

김종국   (한국기계연구원 표면기술연구부CC0007559  ); 변응선   (한국기계연구원 표면기술연구부CC0007559  ); 이구현   (한국기계연구원 표면기술연구부CC0007559  ); 조영상   (아텍시스템CC0087253  );
  • 초록

    비정질 다이아몬드 박막(amorphous-Diamond a-B)을 증착하기 위하여 제작된 Filtered Vacuum Arc Source (FVAS)는 60도의 굽힘 각도를 가지는 토러스형 구조로 토러스 반경 266 mm, 플라즈마 덕트 반경 80 % 전체 길이 600 mm이며, 1 개의 영구자석 및 5 개의 전자석으로 되어있다. 플라즈마 덕트는 임의의 전압을 인가할 수 있도록 전기적으로 절연 시켰으며, 덕트 내부는 배플을 설치하여 macro-particle의 되튐 현상을 방지하였다. 사용된 음극은 직경 80 mm의 graphite이다. 각 전자석이 플라즈마 인출에 미치는 영향은 taguchi 실험계획법을 이용, 수치 모사와 실험을 행하였다. 소스 전자석과 인출 전자석은 아크의 안정성에 영향을 주었고, 빔 인출 전류는 낮은 소스 전자석 전류와 특정한 필터 전자석 전류에서 최대값을 나타내었다. 이때 소스, 인출, 굽힘, 반사, 출구 전자석의 전류값은 1 A, 3 A, 5 A, 5 A, 5 A였으며, 아크 전류 30 A일 때, 빔 전류 밀도 3.2 mA/ $\textrm{cm}^2$ , 평균 증착률 5 $\AA$ /sec를 얻었다. 또한 플라즈마 덕트의 바이어스 전압 증가에 따라, 빔 전류 밀도는 증가하였으며, 더 효율적인 빔을 인출할 수 있었다.


    In this paper, the a-Diamond films were synthesized using filtered vacuum arc source (FVAS), FVAS was composed of a torus structure with bending angle of 60 degree. The radius of torus was 266 mm, the radius of plasma duct was 80 mm and the total length was 600 mm. The magnet parts were composed of one permanent magnet and five solenoid magnets. The plasma duct was electrically isolated from the ground so that a bias voltage could be applied. The baffles inside plasma duct were installed in order to prevent the recoil effect of macro-particles. Cathode was made of graphite with 80 mm in diameter. The effects of solenoid magnet on plasma extraction were investigated by computer simulation and experiment using Taguchi's methode. The source and extraction magnet affected the arc stabilization. The extraction beam current was maximized with low value of the source magnet current and high value of the filtering magnet current. The beam current density was 3.2 mA/ $\textrm{cm}^2$ and average deposition rate was 5 $\AA$ /sec when the currents of arc discharge, source, extraction, bending, deflection and outlet magnet were 30 A, 1 A, 3 A, 5 A, 5 A, and 5 A, respectively. The beam current density and the efficiency of beam transportation were increased with the positive bias voltage of the plasma duct.


  • 참고문헌 (13)

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 저자의 다른 논문

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    1. 2000 "비정질 다이아몬드 코팅을 위한 자장여과 아크소스의 동작 특성에 관한 연구" 硏究論文集 : 한국기계연구원 = Transactions of the KIMM 30 (): 147~157    
    2. 2001 "High Temperature Pulsed Plasma Flux 응용 금속 표면경화 기술" 機械와 材料 = State of the art report 13 (1): 57~61    
    3. 2003 "진공아크 증착법과 다른 공정에 의해 증착된 MgO 박막 특성 비교" 韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society 12 (2): 112~117    
    4. 2003 "나노인덴테이션과 주사탐침현미경을 이용한 박막 재료의 특성평가" 한국재료학회지 = Korean journal of materials research 13 (9): 606~612    
    5. 2003 "B-C-N계 초경질 박막 합성기술 현황" 機械와 材料 = State of the art report 15 (4): 103~112    
    6. 2012 "알루미늄의 발수 표면처리 기술 개발" 한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering 45 (4): 151~154    
    7. 2017 "기판 종류에 따른 물 윤활 특성 및 나노 입자의 영향" 윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers 33 (6): 245~250    
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