마그네트론 음극의 자석 배열에 따른 방전의 형상 변화 연구
A Study of Discharge Shape Changes by Magnet Arrangements in a Magnetron Cathode
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초록
마그네트론에서 자석 배열에 따른 방전 특성을 용이하게 알아 볼 수 있도록 소형 자석 배열 모듈을 개발하였다. 자기장 해석 결과에서 유추한 방전 형상은 CCD소자로 측정한 방전 형상과 잘 일치하였다. 방출광 분석을 통해서 확인 한 바 알곤 마그네트론 방전의 주 방출선은 400 nm에서 800 nm에 이르는 가시광 영역의 전자 천이 피크들이다. 구동 주파수의 특성에 따른 분석을 전자의 드리프트 궤적과 이에 따른 이온화 충돌의 측면에서 고찰하였다. 빠른 상승, 하강 시간을 갖는 펄스 직류를 사용하면 높은 에너지의 전자들을 공급하여 이온화를 상승시키고 쉬스 전위를 증가시킨다. 400 V의 평균제곱근 전압을 갖는 경우에 피크 값은 1000 V까지 상승할 수 있음을 관찰하였으며 적절히 설계된 마그네트론 음극은 용융 장치로도 사용할 수 있음을 제안하고 실제 구리에 대해서 제곱 센티 당 수 십 와트의 전력 밀도로 성공적으로 용융시킬 수 있음을 보였다.
Abstract
A new convenient magnet array module is designed to investigate effects of magnetic field array on magnetron discharge characteristics. Magnetic field analysis showed good agreement of measured discharge region by a CCD device which has a high quantum efficiency over visible wavelength range. OES (optical emission spectroscopy) showed major emission peaks are from electronic transitions in 400 nm range and 800 nm range. Effects of driving voltage characteristics were analyzed in a point of electron drift trajectories and ionizing collision frequencies. Pulsed dc with a fast rising and falling time was analyzed to have potential to increase ionization collisions by putting a burst of hot electrons and to raise sheath potential. From measured voltage and current waveform, maximum of -1000 V peak was generated with -400 Vrms conditions. Possibility of a properly designed magnetron cathode was shown to be used as a melting device. Cu was successfully melted with power density of a several tens of W/cm2.
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