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Atomic Structure Rutherford model of atom : ~largely empty space : nucleus & electrons Electron orbits - distance of closest approach : r=Ze 2 /4πε o K.

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1 Atomic Structure Rutherford model of atom : ~largely empty space : nucleus & electrons Electron orbits - distance of closest approach : r=Ze 2 /4πε o K - condition for a dynamically stable electron orbit - total energy of atom must be negative E=-e 2 /8πε o r - atomic spectra & discrete energy level : each orbit corresponds to a different electron energy : is characterized by quantum number n Bohr’s atom - condition for orbit stability Periodic table

2 Excitation & ionization phenomena Excitation by collision Electric field → electron + atom atom : absorbing kinetic energy & oscillating : excited to energy level above ground state : return to ground state in around sec : emitting one or more photons E 2 -E 1 =hγ ex.) luminous discharge, neon signs, mercury-vapor lamps Excitation or Ionization by absorption of radiation ex.) lasers

3 Some important terms Electric Charge - electron, positive ion, negative ion Quantity of electricity Coulomb’s Force & Electric Field Intensity Potential & Energy Polarization & permittivity(dielectric constant) - vacuum & air :  r =1, plastic  r =2~3, - glass :  r =5~10, BaTiO 3  r =1200, mica  r =6 Transverse Electromagnetic wave Excitation & Ionization phenomena Work function

4 Bond types Ionic bonds : electrostatic energy, ionic crystal NaCl Metallic bonds : electrostatic energy : difference in positions of charges with ionic bonds : electrons are highly mobile Covalent bonds : more than two protons are kept together by two electrons : to appeal to the atom’s desire to have fill its shell Van der Waals bond : attractions between two atoms : average attractive force with two different directions of dipole moment Hydrogen bonds : difference in the attracting power between H 2 & other atoms

5 The essentials of electron Electron as a wave - time independent Schrodinger’s equation - wave length λ - frequency γ Electron as a particle - mass of 9.1x [kg] - electric charge of x [C]

6 Collision cross section & Mean free path(1) Thermal velocity of particle 1 & 2 : v T1, v T2 Relative velocity Collision frequency of particle 1 with particle 2 : radius and velocity of particle 1 → r 1 +r 2, v 12 : radius of particle 2 → 0 = number of particle 2 per unit volume Collision cross section Q 12 =π(r 1 +r 2 ) 2 Collision frequency f 12 =Q 12 v 12 n 2 Moving distance of particle 1 during unit second : v T1

7 Collision cross section & Mean free path(2) If, r 1 ≪ r 2, v 1 ≫ v 2 if, the same gases & velocity

8 Elastic Collision(1) Law of conservation of energy Law of conservation of momentum From above two equations If the energy of particle 1 before collision E 1, the energy of particle 2 after collision can be expressed as follows.

9 Elastic Collision(2) Velocity of particle 1 after collision Energy transfer rate : increases with increase in m 1 : role of ion at sputtering m 1 >m 2 Particle 1, 2 : same direction & different direction m 1

10 Inelastic Collision(1) The kinetic energy can not be conserved before and after collision. If the increment of internal energy : u equations to the energy and momentum before and after collision are the velocity of particle 2 after collision Substituting this equation into the equation for momentum maximum value of U is

11 Inelastic Collision(2) V 1 satisfying this equation equals 0 and then, Maximum of Uchanges by the factor of m 2 /m 1 +m 2 to the energy of particle 1 before collision Elastic collisionUm

12 E∞ E4 E3 E2 E1 : ground state Paschen (infrared) Balmer series (visible) Ryman series (ultraviolat) Absorbed energy u > E 2 – E 1 : E 1 → E 2 u > E 3 – E 1 : E1 → E3 u > E ∞ – E 1 : ionization

13 atom in excited state → ground state : Ryman, Balmer, Paschen ∙∙∙ : lost energy △ w =hν → a single photon of light ν : frequency resonance voltage/ or. radiation voltage : minimum value of gas molecule or atom which can absorbe by internal energy metastable atom

14 Free electron theory of metals Generation mechanisms of electrons - Ionization by electron collision with neutral atoms and ions - Ionization by ion collision with neutral atoms - Collision ionization of photon irradiation - Ionization of metastable atom Electron Emission Processes - Thermionic emission : Rechardson-Dushmann Equation J=AT 2 exp(-eΦ/kT) - Photoelectric effect - Secondary Electron Emission - Schottky effect(by strong electric field) : reduction in the effective value of the work function - Cold cathode emission → tunnel effect

15 Basic phenomena of gas discharge(1)

16 Basic phenomena of gas discharge(2)

17 Various Discharges Gas discharge Non-self-sustaining discharge : dark current Self-sustaining discharge - partial discharge(corona discharge) - electrical spark : a transition from non-self-sustaining discharge to self-sustaining discharge : produces a sudden high conductivity : electronic, atomic, ionic collision processes : two types of Townsend & streamer mechanisms - flashover : glow & arc discharges

18 Electrical spark Townsend : relatively small gap distance & low pressure : α, β, γ, θ, ή-actions Streamer : relatively large gap distance & high gas pressure - time lag : [sec] : ion immovable - zig-zag discharge path - independent on cathode material : generation and propagation of first avalanche → formation of photo-electron by excitation of electron : photo-electron → formation of a new avalanche : Electric field by space charge = external electric field → combination of electron avalanche → formation of plasma path

19 Townsend - relatively low gas pressure - short gap distance - negligible effect of space charge I V VBVB 0 a b c d Saturation current In a gas : very small number of electrons and positive or negative ions 0 ~ a (low voltage range) : V↑→ drift velocity↑ : recombination by attachment or diffusion↓ : increase in current (dark current)

20 a ~ b : constant ratio of ionization : constant number of electron & ion per unit second : saturation current by generation ratio of carriers b ~ c (high voltage range) : sudden increase of discharge current with several mechanisms of electron multiplication : non-self sustaining discharge : transition region d ~ (breakdown region) : self sustaining discharge without any initial electron : breakdown voltage(V B ), electric breakdown strength(E B ) → gas pressure, voltage polarity, gap distance, applied voltage waveforms, geometry of electrode degree of impurity of insulating material degree of non-uniformity of electric field

21 Townsend’s Discharge Theory - uniform electric field - no action of electron diffusion effect - negligible effect of space charge α & γ - actions α : coefficient of ionization by electron collision : constant in a gap due to uniform field  only α – action (electron avalanche) nono nene ne+αnedχne+αnedχ 1m 2 cathodanode χ =0 χ χ+dχχ+dχ d electron number arriving at anode per unit second : n e = n o e αd ∴ I e = n e ∙e = n o ee αd = I 0 e αd, I 0 = n o e

22 generation of positive ion : electron number at anode = electron number at the x surface per unit second + positive ion number n + n + + n o e αχ = n o e αd n + = n o (e αd - e αχ ) : x=0 (ion number at cathode) n + = n o (e αd – 1)  γ – action : electron emission by ion collision with cathode γ : electron number emitting from the cathode by ion collision n + of positive ion collides with cathode → electron number emitting from the cathode repeating γ-action by γMn 0 e αd

23 nono noeαdnoeαd n o (e αd – 1) = n o M γMnoγMno γMnoeαdγMnoeαd γ n o (e αd – 1) = γM n o (γM) 2 n o (γM) 2 n o e αd t electron flow Ion flow electron number arriving at anode n = n o e αd + γM n o e αd + (γM) 2 n o e αd + ∙∙∙ when γM < 1 ; = ion number at cathode + n o = ion number at x + electron number ∴ I = ne =,, n o e = I 0

24 Breakdown criterion : Shumann’s criterion α, γ – actions : : number of secondary electrons from cathode by positive ion : secondary electron number = 1 : discharge can be self-sustained without initial electron

25 Paschen’s Law(1) Electron energy under electric field W = eEλ ionization energy Z= eVi, where ionization voltage is Vi From Boltzmann distribution, number of electrons n having energy more than eVi, n = N exp(-Vi/Eλ) 1/λ : number of collisions per centimeter of drift α : mean number of ionizing collisions by one electron per unit length α = (total numbers of collisions per unit sec) × (ionizing probability at collision) → α is function of E/P, that is

26 Paschen’s Law(2) From the Breakdown criterion Breakdown voltage : function of only Pd Similarity law - Pd : constant → show the same discharge mode - P ↓ → λ ↑ → eEλ ↑ → need low voltage to breakdown - d ↑ → E ↓ → eEλ ↓ → need high voltage to breakdown ex.) PDP : d=100μm → P ↑ → normal operation

27 Paschen’s Law(3) From Paschen’s Law Point P : Paschen minimum

28 Corona discharge non-uniform electric field : point-to-plane electrode system hysterisis phenomenon of V-I characteristics very week pulsed discharge current(~μA) conditions for corona stablization ozone generation communication-interference application of corona discharge : environmental application → reduction of air pollutants : air cleaner → reduction of ozone/or micro-dust/or VOCs → generation of negative ion

29 Silent Discharge one or two dielectrics between electrodes ions traverse the gas space in a pulse and are stored in the surface of dielectrics → space charges space charges → reverse electric field : corona discharge terminates : sparkless high electron temp./low gas temp. reactive plasma few kHz power supplies → enhance internal electric field → low voltage mode of operation

30 Some other discharges Surface Flashover Impulse Breakdown Phenomenon Vacuum Breakdown Phenomenon High Pressure Breakdown - pressure vs. mean free path Tree & Tracking

31 Some factors gas pressure : mean free path gap distance : effect of space charge polarity effect : point to plane electrode system voltage waveform : dc, ac, impulse frequency : deviation from the Paschen’s curve medium effect conditioning effect impurity : particularly in the liquid dielectrics - liquid dielectric serves as insulator and coolant

32 Electrical breakdown of solid dielectrics Intrinsic breakdown theory Electron avalanche Thermal breakdown : E → joule heat → R↓→ more intense heating → breakdown at weak point(hot spot) Electro-mechanical breakdown : Maxwell stress : void, craze & micro-crack

33 What Is Plasma? H 2 O molecule : below 0 o C → solid state, at 0 o C~ 100 o C → liquid state, above 100 o C → gaseous state(vapor) dissociation : H 2 O → H+OH/2H+O (above 2000 o C) ionization : atoms of hydrogen and oxygen → electrons + ions : ionized gas is called Plasma → Solid, liquid, gas, and plasma states (the fourth state of matter) are identified by difference of its kinetic energy

34 Various kinds of plasmas Natural plasma : most of solar space/ or outer space, sun spot, aurora at the pole, thunder, lightning, solar wind, ionosphere etc. Thermal plasma : by highly heated atom/ or molecule of gas : is generated by chemical reaction with combustion : plasma torch (1,000~ 3,000 o K) Discharge plasma : ionized gas by electrical discharge : glow discharge/ arc discharge/ corona discharge/ high frequency discharge plasmas, etc. 방전 플라즈마 열 플라즈마자연계 플라즈마

35 Some properties of glow discharge plasma Low temperature plasma : electron temp. ~50,000 o K : very low temp. compared with thermal plasma Non-equilibrium plasma : electron temp.(~50,000 o K ) ≫ ion temp.(~500 o K) ≒ atom temp. : different role of plasma particles ex.) sputtering Weekly ionized plasma : rate of ionization ~10% : negligible : electron density ~10 9~10 /cm 3

36 Generation of Discharge Plasma a ~ b : as an insulator : V ↑ → active ionization & electron emission → formation of plasma in front of the anode → increase in number of electrons & ions : self-sustaining b ~ c : (Pd)>(Pd) min : d↓→ discharge voltage↓→ discharge current↑→ electrical breakdown c ∼ d : in the (Pd) min range → discharge can be sustained at the V B min d ∼ e : V ↑→ (Pd) 〈 (Pd) min : high voltage is needed to sustain discharge e ~ f : current ↑→ transition to the arc(by secondary electron emission & thermionic emission)

37 Electron and ion temperatures in discharge plasmas From the motional equation So, the energy can be expressed as follows: If electron and ion energy in the plasma are W e and W i, respectively

38 Debye length and condition for plasma(1) 플라즈마에 국부적 전위변화 발생, If velocity of particle → Maxwell distribution : 공간의 전자 및 이온 밀도 및 는 이다. Ne : electron density at V=0. If, 라면, 한편, 전위발생 이전의 입자밀도는 이므로 전위변화에 의한 밀도 ρ 는 가 된다. 한편, by Poisson’s eq. 이므로

39 Debye length and condition for plasma(2) 이다. 또한, 전위의 공간적 변화가 r 방향이라 가정하면 이므로 가 된다. 경계조건 V=0 에서 r → ∞ 을 적용하면 가 되며, 이 때 이다. ion 의 경우, 전자운동에 준하여 생각하면 가 된다.

40 Debye length and condition for plasma(3) ● V : r↑→decrease exponentially after λ D → decrease by 63.2% : Debye length λ D : 전하집중에 의한 전위 영향의 범위 측도 ● geometrical dimension L 》 λ D → 전위의 영향 : λ D 거리에서 차폐 → 전위 영향 없이 plasma 유지 ● λ D 보다 먼 거리에서 : 전하집중의 영 향은 무시 : 전하집중을 유발하는 Ne 와 Ni 의 차는 거의 무시 → 플라즈마 : 준 중성 (quasi-neutral) ● 플라즈마의 조건 : λ D 의 범위내에 충 분한 하전입자 존재 If, → 전리층플라즈마 : 수 m 핵융합플라즈마 : 수 십 mm

41 Plasma oscillation and frequency If electrons shift by ξ, surface charge density ρ s is. Electric field intensity by ρ s can be expressed as follows. Motional equation of electron i s This means harmonic oscillation of electrons. The angle frequency i s So, the plasma frequency f p is Electron density of ionizing layer plasma is about /m 3 → frequency range of over 10MHz is needed in the satallite communication.

42 Particle’s motion in the presence of electric and magnetic fields If we ignore the gravitational force, the coulomb’s force is F=qE, and motional equation is : 전계하의 하전입자 → 등가속도운동 : energy of particle increases with time → increment of kinetic energy Lorenz's force by magnetic field is 운동방정식은 Taking dot product : no variation of kinetic energy with time

43 Thin film fabrication in a vacuum ● 에너지 ( 전자기, 광, 열 ) → 박막 물질 : 원자 (or. 집합체 ) 를 다른 장소에 결합 혹은 응축 If, 대기가 기화한 물질과 같이 존재하면 (1) 박막물질의 직진이 방해, 공간 중의 미립자 형성 → 박막 특성 저해 (2) 공기분자의 불순물 작용 (3) 공기 활성 분자의 화합물 형성 (4) 가열장치나 증발물질과 공기분자가 반응 → 화합물을 형성 : 진공조의 필요성,

44 박막작성을 위한 진공장치의 예 ● RP 와 DP 사이의 밸브 잠금 → roughing line 으로 배기 (RP : 약 10-3 torr ) ● DP 의 오일 가열 → roughing line 의 밸 브 close → DP 와 foreline valve open : 약 10-6 torr 까지 배기 ● 콜드 트랩 : 액체질소 이용 → 관벽 냉 각 → 수증기 응결 → 고진공도 달성 RP 의 압력 : 1 기압 : Pump 기름의 배기 계 내부로의 역류 방지 DP : 고진공 상태 유지 배플 : DP Oil 의 진공조로의 역류 방지

45 진공증착법 ● Vaporization : 증발원자의 응축 현상 : 에너지 → 높은 온도의 원자의 증발 → 온 도가 낮은 면에 응축 ● 진공 증착법 : 박막 물질 가열 → 증발 → 부착 ● 전구의 유리관 벽 : 백열필라멘트의 증발 ( 텅스텐 ) → 유리벽에 증착 ● 진공증착장치의 구성 : 진공장치, 가열장 치 ( 증발원 ), 부착면 ( 기판면 ) ● 가열방법 → 저항가열법, 전자충격법 ● 증착율 : 평균자유행정이 문제 Ex.) 1 Pa → λ : 6.5mm 정도 ∴ Pa : 65cm 이하의 거리 → 분자 직진

46 진공증착법의 장단점 ● 저항가열법 : 증발원 (W, Mo, Ta)+ 증착재료 ← 전류인가 → 가열 → 증발 재료의 증발온도 : 1000 ∼ 2000 o K 정도 ∴ 증발원 재료의 융점 ≫ 2000 o K : 증발원재료와 박막재료가 직접 접촉 ● 전자충격법 : 직접 충돌 가열 : 고융점의 금속 / 화합물도 증발 가능 : 여기원 → 레이저 /ion beam 가열 ● 장점 ①장치의 구성이 간단 ②많은 물질에 쉽게 적용 가능 ③ mechanism 이 비교적 간단 → 핵 생성 및 성장 이론 간단 ④화합물 용이 : 결정구조 및 성분비 ● 단점 ①기판 사이의 접착이 나쁘다. ②재현성이 나쁘다 ( 구조민감성 ) → 소자 등의 신뢰성에 문제 ③증기압 낮은 물질 곤란 : Pt, Ta, Ti, W 등 ④ heater 재료증발 → 불순물로 작용

47 Concepts of sputtering method ● Sputtering Phenomenon Electric Field→accelerate the ion → collide solid surface : energy exchange between atom & ion → atom emission ● Vacuum chamber Target(cathode), Substrate(anode) Discharge gas(mainly Ar) Power supply(RF/DC) Gas inlet & MFC Cooling system Vacuum gauges(Pirani/Ionization)

48 Main factors in thin film characteristics Sputtering yields Deposition rate Plasma parameters - electron density - electron temperatures Sputter systems : to make higher electron density and temperature Electrode distance : to make glow discharge : not to be hindered by discharge gas Substrate temperature → Gas pressure & Magnetron mode of operation

49 Structures of target and substrate Target : collision of positive ion → to be too high temperature : possibility of dissolution of target material → cooling Ground shield : to protect the unnecessary discharge Careful consideration on the distance between HV & shield electrodes : Paschen’s Law

50 Concept of magnetron sputtering 1) 2 극 직류 스퍼터링법의 단점 ● too high pressure at discharge : ion generation efficiency : scattering by atoms of discharge gas ● Temperature increase at target and substrate : by secondary electron emission ● difficulty in sputtering of insulting materials ● Use of RF(13.56MHz) : confinement of electron in discharge region Ex.) If, △ V ≒ 10 3 V, I = ∼ A, C= ~ F → △ t = ∼ s ∴ 100kHz ∼ 10MHz → 10 3 V ●Use of magnetic field : confinement of particle : control of gas pressure

51 On the sputtering of insulting materials rmfla

52 Matching box in the RF magnetron sputtering Condition for maximum power transmission : MB is needed to control the internal impedance of power supply Z G = R + j X L → to reduce the reflected signal

53 Thin film fabrication with Ion Plating method  Collision of ion to the cathode : sputter, reflected ion & neutrals secondary electron emission …  ion implantation phenomenon  Ion plating : sputtering + vacuum evaporation  H.V → cathode(substrate), heating/or. Electron beam→ Evaporation source : evaporated atoms, ionized ion → substrate : high mechanical resistance →TiC, CCr, TiN2  Resputtering & cleaning effect

54 Principle of Ion Plating

55 Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition

56 56 그림 3 에서 인가전압 극성을 바꾼 순간 방전이 일어나지만 cd 는 같은 전하로서 d 의 가 반발에 의해 벽면을 떠나간다. 떠나 가는 순간 방전이 일어나며 방전에서 생긴 전하가 그림 4 와 같 이 되면 방전은 꺼진다. 그림 2 의 좌우를 바꾼 것과 같다. 그러므로 다시 인가전압의 부 호를 바꾸면 그림 3 의 좌우를 바꾼 것과 같아지면서 방전이 일 어남을 알 수 있다. 그림 4 만일 그림 3 의 경우 아주 약한 방전이 발생하도록 하면 방전에서 발생된 3 개 3 개와 재결합하거나 Cell 벽으로 흩어져서 더 이 상 벽전하는 형성되지 않는다. 이 과정을 Erasing 과정이라 하고 인가전압의 진폭과 rising time 을 제어하거나 인가전압의 펄스 폭을 극히 짧게 하여 Erasing 하고 있다. 결국 Erasing 과정은 벽 전하를 완전히 제거하는 과정이다. 표면 방전형 AC PDP 표면 방전형과 대향 방전형의 차이 표면 방전형은 (1) 방전공간의 전극간 간격이 일정치 않다. (2) bcd 에 전계가 집중한다. 그러므로 bold barbcd~ 부분이 가장 밝다. (3) bcd 부분에 있는 다른 부호의 벽전하는 가까워 인력에 의해 재결합 해 버리기 위해 방전 전압이 높아질 가능성이 있다. 이러한 현상은 전극 간격이 좁아질 수록 심하게 된다. 이상과 같이 AC PDP 의 실제 전극은 MgO 라고 볼 수 있으며 연속 방전을 하기 위해서는 연속적으로 부호가 바뀌는 Pulse 전원을 필요로 하고 있다. 특히 AC PDP 의 방전 특성을 깊게 이해하기 위해서는 전극에 해당하는 MgO 의 특성과 벽전하 형성과정 및 벽전하 계측기술 확립이 필요함을 알 수 있다. 그 후 Cell 구조와 벽전하의 상관관계를 파악할 필요가 있다.

57 AC PDP 에는 면방전 구조와 대향전극 구조가 있으 나 원리상으로는 같으므로 대향전극형으로 설명하 기로 한다. 우선 직류전압을 걸면 전극전하가 형성되고 ( 콘덴서 작용 ) 유전층은 유전분극 전하가 그림과 같이 형성 된다. 이 경우 겉보기상으로 a 의 (-) 와 b 의 (+) 전하가 중화되고 g,h 도 중화된다.( 속박전하 ) 그 결과 남은 전하는 c 의 (-) 와 f 의 (+) 뿐이다. 이 전하는 각각 a 와 h 의 전하와 같으므로 방전공간에는 전압 V0 가 모두 가해진다. 만일 V0 가 방전개시 전압 이상이면 방전 공간에 방전이 개시된다. 이 1 회 방전으로 충돌전리 하여 생긴 ion 과 전자는 c 와 f 의 전하에 이끌려 가서 다음 그림과 같이 된다. 방전 plasma 에 있던 ion 와 전자 가 차츰 이끌려 가 면 (Coulomb force) c, f 의 전하가 차츰 중화되어 ( 겉 보기상 cd, ef 전하중화 ) 방전공간 전압이 저하하게 된다. 이 전압이 방전 유지전압 이하로 되면 방전은 정지 한다. 그 이상 STOP 상태임 방전 지속 시간은 0.1 ∼수 μs 정도이다. 일반적으로 d 와 e 에 모이는 전하를 벽전하, 벽전하 에 의해 생기는 전압을 벽전압이라 한다. 이 벽전하 는 전극전압이 가해져 있으면 며칠이든 없어지지 않는다. 그림 1 그림 2 Q=CV 이 때 인가전압 V0 의 극성을 바꾸어 연결하면 그림과 같다. 이 경우 ab 및 gh 는 중화되고 그 외 중화되지 못한 전하는 cd 의 (+) 전하와 ef 의 (-) 전하이다. 그림 1 에 비하여 방전공간에는 많은 전하가 남게 되어 V0 이상의 방전공간 전압이 가해져 다시 방전이 개시되 며 이러한 과정이 반복된다. 한번 벽전하가 생기면 낮은 역전압을 가해도 방전될 수 있음을 알 수 있다. 그림 3 역극성 인가 순간 (a=c) 의 전압 이벽전압 +Vw 는 잠시후 -Vw 로 바뀐다. [-Vw 가 형성되어도 인가전압 (C 전하 ) 을 완전히 중화시킬 수 없다.]

58 AC PDP 에 직류전압으로 구동하면 어떤 현상이 나타나는가 AC PDP 에는 면방전 구조와 대향전극 구조가 있으나 원리상으로는 같으므로 대향전극형으로 설명하기로 한다. 우선 직류전압을 걸면 전극전하가 형성되고 ( 콘덴서 작용 ) 유전층은 유전분극 전하가 그림과 같이 형성된다. 이 경우 겉보기상으로 a 의 (-) 와 b 의 (+) 전하가 중화되고 g,h 도 중화된다.( 속박전하 ) 그 결과 남은 전하는 c 의 (-) 와 f 의 (+) 뿐이다. 이 전하는 각각 a 와 h 의 전하와 같으므 로 방전공간에는 전압 V0 가 모두 가해진다. 만일 V0 가 방전개시 전압 이상이면 방전공간에 방전이 개시된다. 이 1 회 방전으로 충돌전리하 여 생긴 ion 과 전자는 c 와 f 의 전하에 이끌려 가서 다음 그림과 같이 된 다. 방전 plasma 에 있던 ion 와 전자 가 차츰 이끌려 가면 (Coulomb force) c, f 의 전하가 차츰 중화되어 ( 겉보기상 cd, ef 전하중화 ) 방전공간 전압이 저하하게 된다. 이 전압이 방전 유지전압 이하로 되면 방전은 정지한다. 그 이상 STOP 상태임 방전 지속 시간은 0.1 ∼수 μs 정도이다. 일반적으로 d 와 e 에 모이는 전하를 벽전하, 벽전하에 의해 생기는 전 압을 벽전압이라 한다. 이 벽전하는 전극전압이 가해져 있으면 며칠이 든 없어지지 않는다. 그림 1 그림 2 Q=CV 이 때 인가전압 V0 의 극성을 바꾸어 연결하면 그림과 같다. 이 경우 ab 및 gh 는 중화되고 그 외 중화되지 못한 전하는 cd 의 (+) 전하와 ef 의 (-) 전하이다. 그림 1 에 비하여 방전공간에는 많은 전하가 남게 되어 V0 이 상의 방전공간 전압이 가해져 다시 방전이 개시되며 이러한 과정이 반 복된다. 한번 벽전하가 생기면 낮은 역전압을 가해도 방전될 수 있음을 알 수 있다. 그림 3 역극성 인가 순간 (a=c) 의 전압 공간전압 = 역극성인가순간의 전압 + 벽전압 이벽전압 +Vw 는 잠시후 -Vw 로 바뀐다. [-Vw 가 형성되어도 인가전압 (C 전하 ) 을 완전히 중화시킬 수 없다.] 총벽전압 변화량 = 2Vw ( 정상동작하에의 벽전하 ( 압 ) 변화량 ) 참고


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