plasma(4)

• Paschen's law

- 플라즈마 방전을 일으키는 데 있어 전압, 압력, 전극의 재료에 따른 상관성을 정의하여 방전을 위한 최적의 조건 나타냄

=> DC 방전의 항복 전압(VB) ∝ 방전관 내부 기체의 압력(p)

                                             ∝전극 간격(d)

-  그래프

 

=> 대부분의 가스의 경우 최소 항복 전압은 100~500V이며, 10^-1 ~ 10 Torr cm 범위의 pd에서 발생

1 Torr에서 전기장의 일반적인 값은 10-100V cm^-1

 

1) p(↓) x d(-)

전극 간격(d)가 일정하다고 가정할 때, 기체 원자의 주입량이 적어 기체 압력(p)가 감소하게 됨

-> 자유 전자와 충돌할 확률이 작아지기 때문에, 이온화가 어려워짐

-> 전자를 더 빠르게 가속시켜 충돌 확률을 높이기 위해 높은 전압 요구

-> 방전 개시 전압 증가

2) p(↑) x d(-)

전극 간격(d)가 일정하다고 가정할 때, 기체 압력(p)가 증가하면, 전자가 충분히 가속되기도 전에 기체 원자와 충돌하여 에너지를 잃어버림

(MFP가 짧음)

-> 전자의 충돌 에너지 자체가 적어, 기체 원자의 이온화 에너지에 미치지 못함

-> 방전에 필수적인 양이온 생성 불가

-> 더 높은 에너지를 주기 위해 높은 전압이 요구

-> 방전 개시 전압 증가

 

3) p(-) x d(↑)

압력이 일정하다고 가정했을 때, 전극 사이의 거리가 멀면 양 전극 사이에 인가되는 전기장의 세기가 감소

(E = V / d)

-> 약해진 전기장으로 인해 전자가 충분한 에너지를 전달하지 못해서 이온화가 어려움

-> 방전에 필수적인 양이온 생성 불가

4) p(-) x d(↓)

압력이 일정하다고 가정했을 때, 전극 사이의 거리가 너무 가까우면 자유 전자와 기체입자간의 충돌 확률이 감소

=> 대부분의 가스의 경우 최소 항복 전압은 100~500V이며, 10^-1 ~ 10 Torr cm 범위의 pd에서 발생

1 Torr에서 전기장의 일반적인 값은 10-100V cm^-1

 

 

이온화 에너지 이하의 에너지가 인가되면 내부에서는 무슨 일이 일어나나요?

플라즈마 형성을 위해 Ar 중성 가스 입자를 주입했다고 가정

(Ar의 경우, 이온화 에너지는 ~15.8eV 수준)

 

1) Ar에 2eV 이하의 에너지를 가진 전자가 충돌

에너지가 낮아 충돌과 동시에 열에너지로 소모(E loss)

 

2) Ar에 2~6eV 정도의 에너지를 가진 전자가 충돌

Ar 원자가 흡수한 에너지만큼 전자가 여기(excitation)되었다가, 다시 안정화(relaxation)되면서 같은 양의 에너지를 가진 빛이 방출3) Ar에 6~15eV의 에너지를 가진 전자가 충돌

Ar 분자가 해리(dissociation)되며, 라디칼과 같은 반응성이 높은 중성 활성 기체가 형성

4) Ar에 15eV 이상의 에너지를 가진 전자가 충돌

전자가 원자핵의 구속을 벗어나면서 이온화(ionization)가 발생해 자유전자와 양이온이 형성됨

이 과정에서 글로우 방전(glow discharge)이 발생하며, 플라즈마 형성

 

https://sshmyb.tistory.com/285

[딴딴's 속성과외] #1편, "플라즈마, 3편으로 끝낸다." #Plasma Summary!! #Plasma #발생원리 #파센법칙