KR20090011059A - 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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성헌석
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홍용철
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Abstract

플라즈마로 전달되는 에너지와 플라즈마 반복율을 제어하여 사용자가 용이하게 다룰 수 있는 플라즈마 발생장치에 관하여 개시한다. 본 발명의 플라즈마 발생장치는 플라즈마 에너지와 반복율이 입력되는 입력부와 상기 입력부로부터 입력된 입력신호를 저장 및 변환하는 인터페이스와 상기 인터페이스로부터 에너지 크기 및 주파수 정보를 입력받아 전원을 공급하는 전원공급부와 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 라디오 주파수 또는 마이크로웨이브 주파수를 발진하는 주파수 발진기와 상기 주파수 발진기로부터 발진된 일정 크기의 에너지를 갖는 주파수를 전송하는 전송선로와 및 상기 전송선로로부터 전송된 주파수를 갖는 에너지에 의해 유도된 전기장과 가스공급부로부터 주입되는 플라즈마 원료가스가 반응하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 반응기를 포함하여 구성된다.
플라즈마, 외부 입력장치, 펄스 에너지, 정합, 주파수 발진기

Description

플라즈마 발생장치{APPARATUS FOR GENERATING PLASMA}
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마로 전달되는 에너지와 플라즈마 반복율을 제어하여 사용자가 용이하게 다룰 수 있는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마는 전기적 극성을 갖는 전자 및 이온으로 구성된 제 4의 물질 상태로 알려져 있으며 전체적으로 음과 양의 전하수가 거의 같은 밀도로 분포되어 전기적으로 거의 중성인 상태이다. 플라즈마는 아크처럼 온도가 높은 고온 플라즈마와 전자의 에너지는 높지만 이온의 에너지가 낮아 실제로 느끼는 온도는 실온에 가까운 저온 플라즈마로 분류되며 대부분 직류, 교류, 초고주파, 전자빔 등의 전기적 방전에 의해 생성된다. 또한 플라즈마의 발생 압력에 따라 응용처가 달라지며 저압에서는 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있기 때문에 반도체 부품의 세정과 식각, 증착에 이용되며 대기압 상태의 플라즈마는 표면 세정, 환경 오염물질 처리와 신소재 합성, 의료기기 등 다양한 분야에 사용된다.
플라즈마를 발생시키기 위하여 가스에 적당한 주파수의 전기장을 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 주파수는 전기외과수술(Electrosurgery)에 적용 가능한 표 준 주파수(500 kHz 영역대와 2450 MHz 영역대)일 수 있다. 플라즈마 발생을 위해 상기 주파수의 진동 전압은 상응하는 주파수의 전기장을 발생시키기 위하여 적당한 구조를 갖는 전극 또는 공명 구조의 반응기에 인가된다. 전기적 방전에 의해 발생된 플라즈마에 전달되는 파워는 전극 또는 공명기로부터 반사된 파워를 모니터링하고 임피던스(Impedance)를 조절함으로서 제어되고 결국 플라즈마 파워는 증가하게 된다. 한국특허 제10-0394994호는 전자파를 이용한 플라즈마 토치에 관한 것으로서 2450 MHz의 초고주파를 도파관으로 전송시켜 도파관의 특정위치에 설치된 방전관에 집속시킨 후에 스파크 점화장치에 의해 무전극 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시킨 것이다. 위 한국특허(10-0394994)를 이용하여 불화탄소 가스의 방출제어(한국특허 제10-0454085호), 공기 중에 살포된 화학 독가스 및 세균 제거장치(한국특허 제10-0554712호), 탄소나노튜브 합성(한국특허 제10-0582249호), 질소 도핑된 이산화티타늄 나노분말의 합성(한국특허 제10-0613122호), 플라즈마 화염 발생장치(한국특허 제10-0638109호) 등 다양한 분야에 응용되었다.
또한 한국특허 제10-0531427호에는 국부가열, 절단 및 접합을 위한 전자파 플라즈마 토치 및 용접시스템에 관한 것으로서 2450 MHz의 초고주파를 도파관으로 전송시켜 도파관의 특정위치에 금속 재질의 노즐 전극을 설치하여 모재에 집속시킬 수 있는 플라즈마 장치에 관한 것이다. 상기 열거한 한국 특허들은 2450 MHz의 초고주파를 도파관으로 전송시켜 도파관의 특정위치에 플라즈마 반응기 내지 전극을 설치하여 2450 MHz의 초고주파에 의해 유도되는 전기장을 플라즈마 원료가스에 노출시키고 스파크 또는 점화장치의 도움으로 고온의 토치 플라즈마를 연속적으로 발 생시키는 공통점이 있다.
상기와 같은 플라즈마 장치의 경우 플라즈마 전극 또는 반응기가 초고주파 발진기와 도파관에 일체형으로 되어 있어 부피가 크고 무거워 용이하게 다루기에는 불가능하다. 또한 연속적으로 초고주파 에너지가 플라즈마로 전달되고 그로 인해 플라즈마 옴 히팅(Ohmic Heating)이 발생하여 5000℃에 가까운 플라즈마가 유지된다.
따라서 플라즈마로 전달되는 에너지의 제어와 용이하게 다룰 수 있는 플라즈마 발생장치는 그 활용도가 매우 클 것으로 기대되며 그 시스템의 개발이 절실히 요구된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 플라즈마로 전달되는 에너지를 제어하고 사용자가 용이하게 다룰 수 있는 플라즈마 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 발생장치는 플라즈마 에너지와 반복율이 입력되는 입력부; 상기 입력부로부터 입력된 입력신호를 저장 및 변환하는 인터페이스; 상기 인터페이스로부터 에너지 크기 및 주파수 정보를 입력받아 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 라디오 주파수 또는 마이크로웨이브 주파수를 발진하는 주파수 발진기; 상기 주파수 발진기로부터 발진된 일정 크기의 에너지를 갖는 주파수를 전송하는 전송선로; 및 상기 전송선로로부터 전송된 주파수를 갖는 에너지에 의해 유도된 전기장과 가스공급부로부터 주입되는 플라즈마 원료가스가 반응하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 반응기; 를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 플라즈마 발생장치는 플라즈마로 전달되는 에너지와 플라즈마 반복율을 제어하여 사용자가 용이하게 다룰 수 있는 플라즈마 장치를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마를 이용한 물질의 표면처리, 특히 플라즈마 에너지 를 사람, 동물의 피부에 전달하여 그 에너지로 인하여 생체 조직의 재생, 치료, 활성화시키는 효과를 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치는 입력부(10), 전원공급부(20), 인터페이스(30), 주파수 발진기(40), 전송선로(50), 사용자 스위치(60), 가스용기(70), 가스공급부(80), 플라즈마 반응기(100)를 포함하여 구성된다.
전원공급부(20)는 입력부(10)에 의해 입력된 정보를 저장 및 변환하는 인터페이스(30)로부터 에너지 크기 및 주파수 등의 정보를 받아 주파수 발진기(40)에 전원을 공급한다. 상기 주파수 발진기(40)는 라디오 주파수 또는 마이크로웨이브 주파수 발진기일 수 있다. 상기 주파수 발진기(40)가 라디오 주파수를 발진할 때 그 주파수는 13.56MHz가 바람직하며, 마이크로웨이브 주파수를 발진할 때는 2400MHz 내지 2500MHz가 바람직하다.
상기 입력부(10)에는 임의의 사용자가 플라즈마 에너지와 반복율을 입력할 수 있도록 구성된다. 플라즈마 에너지는 주울(Joule) 단위로 반복율은 헤르츠(Hz) 단위로 입력 또는 선택된다.
또한 사용자 스위치(60)는 상기 인터페이스(30)와 연결되어 상기 전원공급 부(20)를 연동시켜 플라즈마 발생을 on/off 할 수 있으며, 상기 인터페이스(30)는 사용자에 의해 입력된 플라즈마 반복율을 누적 계산하여 상기 입력부(10)에 디스플레이한다. 예를 들어, 사용자가 상기 입력부(10)에 1J과 4 Hz(1초에 4번의 플라즈마 발생을 의미)를 선택하여 10 초간 상기 사용자 스위치(60)를 on 할 경우, 1J의 에너지를 가지는 플라즈마가 40 번 on/off하여 카운터링되면서 상기 입력부(10)에 디스플레이된다.
또한 상기 사용자 스위치(60)는 상기 인터페이스(30)와 연결되어 가스용기(70)와 연결된 가스공급부(80)를 연동시켜 플라즈마 반응기(100)에 플라즈마 원료가스를 공급한다. 물론 상기 가스공급부(60)는 상기 인터페이스(30)와 연동시키지 않고 계속하여 가스를 상기 플라즈마 반응기(100)로 공급할 수 있음은 물론이다. 다만, 가스의 효율적 이용을 위해 상기 가스공급부(60)는 상기 인터페이스(30)를 통해 상기 전원공급부(20)와 같이 연동시키는 것이 바람직하다.
상기 전원공급부(20)로부터 주파수 발진기(40)로 전달되는 전원은 펄스 형태가 바람직하며 직류 또는 교류 형태일 수 있으며 상기 주파수 발진기(40)의 작동 특성에 따라 펄스의 부호가 결정된다. 예를 들어, 2450 MHz 발진기가 사용될 경우 펄스 부호는 음(-)이다. 방전 펄스(Pulse)폭은 0.5 ms에서 150 ms일 수 있으며 바람직하게는 1 ms에서 100 ms, 더욱 바람직하게는 2 ms에서 50 ms이다. 상기 방전 펄스폭은 인가된 전압 펄스에서 방전으로 인해 플라즈마가 유지되는 시간 폭을 말하며 물질의 처리에 응용될 때에는 처리 펄스 폭(Treatment Pulse Width)을 의미한다. 또한 펄스 반복율(Repetition Rate)은 0.5 Hz에서 20 Hz일 수 있으며 바람직하 게는 1 Hz에서 7 Hz이다.
상기 주파수 발진기(40)로부터 발진된 라디오 주파수 또는 마이크로웨이브 주파수는 전송선로(50)를 지나 상기 플라즈마 반응기(100)로 전달된다. 상기 전송선로(50)는 동축 케이블(Coaxial Cable), 도파관(Waveguide) 또는 스트립 라인(Strip Line)일 수 있다. 상기 전송선로(50)와 연결된 상기 플라즈마 반응기(100)에는 전송된 라디오 주파수 또는 마아크로웨이브 주파수에 의해 유도 전기장이 형성되어 플라즈마 원료가스가 노출되어 방전에 의해 플라즈마가 발생된다.
상기 플라즈마 반응기(100) 내에는 플라즈마로 최대 에너지를 전달하기 위한 임피던스 정합수단이 구비되며 반응기의 형태는 공명(Resonance) 주파수를 갖는 구조를 포함하여 상기 전송선로(50)와 같은 내부전극과 외부전극으로 구성된 동축 반응기와 스트립 반응기일 수 있다.
상기 가스공급부(80)는 상기 인터페이스(30)로부터 전기적 신호를 받아 작동될 수 있는 수단이며 바람직하게는 솔레노이드 밸브, 유압 밸브 또는 MFC(Mass Flow Controller)일 수 있다.
상기 플라즈마 반응기(100)로 공급되는 플라즈마 원료가스는 플라즈마 응용분야에 따라 달라질 수 있으며 일반적으로 무독성 또는 최소한 두 개 이상의 원자로 구성된 가스가 선호된다. 예를 들어, 아르곤, 헬륨, 질소, 또는 그 혼합가스일 수 있으며 인체에 응용될 때에는 상기 열거한 가스뿐만 아니라 이산화탄소 또한 사용될 수 있다. 그러나 상기 플라즈마 반응기(100)로 같은 에너지의 주파수가 전달될지라도 사용되는 가스에 따라 플라즈마 가스의 온도 및 물리적 특성이 다르다.
본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 동작을 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
외부 입력부(10)에 의해 플라즈마 에너지와 반복율은 입력신호로 변환되어 전원공급부(20)로 전달되고 전원공급부(20)는 상기 입력신호에 따라 일정 크기의 에너지를 펄스 형태로 라디오 주파수 또는 마이크로웨이브 주파수 발진기(40)로 전달한다.
상기 주파수 발진기(40)로부터 발진된 일정 크기의 에너지를 갖는 주파수는 전송선로(Transmission Line)(50)를 통해 플라즈마 반응기(100)로 전송되고 상기 플라즈마 반응기(100)에는 상기 주파수를 갖는 에너지를 플라즈마로 최대한 전달하기 위한 정합(Matching) 수단이 구비되어 임피던스(Impedance) 정합시킨다.
상기 플라즈마 반응기(100)로 플라즈마 원료가스가 주입되고 상기 플라즈마 반응기(100) 내에 유도된 전기장에 상기 플라즈마 원료가스가 노출되어 방전에 의해 플라즈마가 발생되고 상기 플라즈마는 플라즈마 반응기 출구를 통해 분출되며 상기 외부입력된 플라즈마 반복율이 누적되어 방전 횟수가 카운터링(Countering)된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공급장치의 전원공급부 및 마이크로웨이브 발진기를 보여주는 단면도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공급장치의 전원공급부의 전압파형을 보여주는 그래프, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공급장치의 전송선로를 보여주는 단면도, 도 5는 본 발명의 실시예 에 따른 플라즈마 공급장치의 플라즈마 반응기의 구성을 보여주는 단면도, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공급장치의 플라즈마 방전을 촬영한 사진이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 부호 41로 표기된 블록은 마이크로웨이브 주파수 발진기를 나타내며 마그네트론이라 한다.
상기 마그네트론(41)은 크게 음극으로 작동하는 필라멘트(42), 양극 또는 접지전극(43), 마이크로웨이브 안테나(47)로 구성되어진다. 상기 필라멘트(42)는 부호 22로 표기된 전원공급부의 필라멘트 히팅 트랜스포머(26)로부터 전원을 공급 받고 고전압전원공급부(24)는 상기 양극(43)과 음극(42)에 전원을 공급한다.
전원을 공급받은 상기 필라멘트(42)는 전기장이 형성되는 상기 양극(43)과 음극(42)이 제공하는 공간으로 열전자를 방출한다. 상기 양극(43)은 환상형으로 직렬 연결된 공명 구조를 갖는 챔버 섹션(미도시)들을 가지고 있다. 상기 두 전극이 제공하는 공간은 진공 상태이며 상기 양극(43)의 상하에 설치된 영구자석(44)들에 의해 전기장과 수직하는 자기장이 형성되고 상기 음극(42)으로부터 방출된 열전자는 전기장에 의해 상기 양극(43)으로 가속되고 전기장에 수직한 자기장에 의해 커브를 그리며 회절하다가 상기 양극(43)의 공명 섹션들 중 하나로 들어간다. 상기 양극(43)의 공명 섹션들로 들어간 전자들의 에너지는 상기 마이크로웨이브 안테나(47)로 전달되고 마그네트론 캡(46)을 통해 전송선로(50)로 전송된다.
이때 전자들의 주파수는 2400 MHz 내지 2500 MHz 범위에 있으며 바람직하게는 2460 MHz이며 상기 필라멘트(42)에 더 많은 파워가 인가될수록 더 뜨거운 많은 양의 전자가 방출된다. 상기 영구자석(44) 대신에 코일로 구성된 전자석이 설치될 수 있다. 일반적으로 마그네트론은 70-80%에 가까운 전기적 에너지 효율을 가지고 있으며 나머지는 열로 변환되어 상기 양극(43)을 통해 소비되기 때문에 냉각 핀(45)과 같은 냉각장치가 구비되어 냉각 팬으로 냉각되며 냉각 핀 대신에 물 자켓이 대신할 수 있다. 상기 필라멘트(42)의 전원은 교류 또는 직류전원이 인가될 수 있다.
상기 고전압전원공급부(24)는 인터페이스(30)로부터 지정된 주파수와 펄스폭을 가진 고전압을 마그네트론(41)에 인가한다. 그 때의 전압은 -3.5 ~ -4.5 kV 범위가 바람직하다.
도 3은 상기 마그네트론(41)에 인가되어 플라즈마 반응기(100)에서 플라즈마가 발생되었을 때의 전압파형이며 그 때의 전압은 -4.2 kV, 플라즈마 반복율은 2 Hz, 플라즈마 에너지는 2J이다. 상기 마그네트론(41)의 용량은 0.8 kW 내지 6 kW일 수 있으며 바람직하게는 1 kW 내지 1.4 kW가 선호되며 1 kW를 초과하는 파워에서 연속적인 전류가 각각의 방전 펄스폭 안에서 상기 마그네트론(41)에 제공된다.
플라즈마 에너지는 방전 펄스폭을 늘이거나 줄임으로서 제어되며 그 범위는 0.5 J 내지 5 J 인 것이 바람직하다. 상기 전원공급부(20)로부터 플라즈마에 전달되는 전기적 에너지효율은 마그네트론의 효율을 감안하여 80% 미만이다.
상기 마그네트론(41)으로부터 발진된 마이크로웨이브는 전송선로(50)를 지나 플라즈마 반응기(100)로 유입된다.
도 4를 참조하면, 마그네트론(41)으로부터 발진된 마이크로웨이브(48)는 2.45 GHz 마이크로웨이브 런쳐(52)에 설치되며 아이솔레이터(54)를 걸쳐 마이크로 웨이브 커플러(56)로 유입된다. 도 4에서 W I 와 W R 은 각각 마이크로웨이브 입사파와 반사파를 의미한다. 상기 마그네트론(41)은 상기 마이크로웨이브 런쳐(52)의 단부(51)로부터 2.45 GHz의 1/8 파장 길이만큼 떨어진 곳에 설치된다. 상기 마이크로웨이브 런쳐(52), 아이솔레이터(54), 마이크로웨이브 커플러(56)는 플렌지(53)들로 연결되어지며 직사각형 또는 원통형의 도파관 형태가 바람직하다.
상기 마이크로웨이브 커플러(56)는 마이크로웨이브 에너지를 도파관에서 동축선로로 동축선로에서 도파관으로 커플링하는 것이며 커플링 안테나(57)의 형상은 문손잡이(Door Knob), 원통형, 혼(Horn) 형태 등일 수 있으며 커플러 단부(59)로부터 1/4 파장 길이만큼 떨어진 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 입사된 마이크로웨이브(48)가 플라즈마와의 비정합에 의해 또는 상기 마이크로웨이브 커플러(56)와의 비정합에 의해 입사된 마이크로웨이브의 일부분이 반사되어 상기 마그네트론(41)에 손상을 입히는 것을 방지하기 위하여 상기 아이솔레이터(54)의 더미(Dummy) 로드(55)는 반사파 에너지를 소비시켜준다. 플라즈마 반응기(100)와 상기 마이크로웨이브 커플러(56)에 설치된 컨넥터(58)와의 연장은 동축 케이블로 이루어진다. 동축 케이블의 임피던스는 50 옴(Ω)인 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 반응기(100)는 크게 내부전극(90), 외부전극(97), 유전체관(99)으로 구성된다. 동축 케이블(105)의 중심전극(91)은 몰리브덴 또는 텅스텐으로 구성된 상기 내부전극(90)과 연장되어 연결되고 상기 동축 케이블(105)의 외부전극(93)은 상기 플라즈마 반응기(100)의 외부전극(97)과 연결된다.
상기 동축 케이블(105)의 중심전극(91)과 외부전극(93)은 직접적인 접촉을 피하기 위하여 테프론(PTFE)과 같은 유전체로 채워져 있으며 동축 케이블(105)과 상기 플라즈마 반응기(100)는 N-Type 동축 컨넥터(미도시)로 서로 연결될 수 있다.
상기 내부전극(90)은 상기 외부전극(97) 안에서 축 방향으로 연장되며 상기 두 전극의 직접적인 전기 접촉을 피하기 위하여 두 전극 사이에 유전체(102)가 삽입된다.
상기 유전체관(99)은 열 저항이 큰 석영(Quartz)과 같은 저 손실 유전체로 구성되며 상기 유전체(102)와 상기 외부전극(97) 사이에 삽입되며 상기 외부전극(97)의 단부부터 최소한 마이크로웨이브 파장의 1/4 길이만큼 연장되어 설치되며 탈부착 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 외부전극(97)에는 가스공급부(94)가 설치되며 상기 가스공급부(94)로부터 유입된 가스는 상기 외부전극(97)에 설치된 가스통로(95)를 지나 상기 내부전극(90)과 상기 유전체(102) 사이에 형성된 가스통로(96)를 지나 상기 유전체관(99)으로 유입되어 플라즈마 출구(101)로 빠져 나간다. 상기 가스공급부(94)는 상기 외부전극(97)의 측면에 설치될 수 있음은 물론이다. 상기 동축 케이블(105)의 단부와 연결되는 상기 외부 전극(97)의 단부부터 상기 유전체(102)의 단부까지의 임피던스는 50 Ω인 것이 바람직하다.
외부에서 충분한 에너지가 공급된다면 상기 내부전극(90)의 단부에서 플라즈마가 발생하여 유전체관을 통해 상기 플라즈마 출구(101)로 용이하게 분출될 수 있다. 그러나 더욱 신뢰성 플라즈마 발생은 상기 유전체관(99)에 설치된 코일(98)에 의해 달성할 수 있다. 상기 코일(98)은 상기 유전체관(99) 내벽에 밀착되어 설치되며 상기 내부전극(90)과는 접촉하지 않는다. 그러므로 상기 코일은 전기 용량(Capacitance)과 전기 유도(Inductance)성의 성분을 가질 수 있다.
따라서 헬리컬 모양을 하고 있는 텅스텐 코일(98)은 입사된 마이크로웨이브의 작동 주파수에 공명 주파수를 제공하는 공명기(Resonator)로서 작동한다. 상기 코일(98)은 상기 유전체관(99) 내부에 밀착되어 설치되며 상기 내부전극(90)과는 접촉하지 않고 그 끝은 상기 내부전극(90)의 단부에 근접해 있다. 예를 들어, 입사된 마이크로웨이브의 주파수가 2.45 GHz(이 때의 파장은 12.1 cm) 일 때, 상기 코일(98)의 길이는 대략 1.5 cm 내지 2 cm, 피치 0.5 cm, 외경은 0.55 cm, 코일의 두께는 0.2 mm 내지 0.3 mm로 구성하는 것이 바람직하다.
또한 상기 코일(98)은 작동 주파수와 공명을 일으킬 뿐만 아니라 입사된 마이크로웨이브로 인해 스파크를 일으켜 점화장치의 역할을 하게 된다.
도 6은 상술한 본 발명의 실시예의 구성에 따라 발생시킨 플라즈마 사진이다. 사용된 가스는 질소이며 분당 5 리터가 외부전극 측면에서 주입되었으며 이때의 플라즈마 에너지는 2 J 이였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 구성 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 전원공급부와 마이크로웨이브 주파수 발진기를 보여주는 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 전원공급부의 전압파형을 보여주는 그래프,
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 전송선로를 보여주는 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 플라즈마 반응기의 구성을 보여주는 단면도,
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 발생장치의 플라즈마 방전을 촬영한 사진이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 외부입력부 20: 전원공급부
30: 인터페이스 40: 주파수 발진기
50: 전송선로 80: 가스공급부
90: 내부전극 97: 외부전극
98: 코일 99: 유전체관
100: 플라즈마 반응기 105: 동축 케이블

Claims (14)

  1. 플라즈마 에너지와 반복율이 입력되는 입력부;
    상기 입력부로부터 입력된 입력신호를 저장 및 변환하는 인터페이스;
    상기 인터페이스로부터 에너지 크기 및 주파수 정보를 입력받아 전원을 공급하는 전원공급부;
    상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 라디오 주파수 또는 마이크로웨이브 주파수를 발진하는 주파수 발진기;
    상기 주파수 발진기로부터 발진된 일정 크기의 에너지를 갖는 주파수를 전송하는 전송선로; 및
    상기 전송선로로부터 전송된 주파수를 갖는 에너지에 의해 유도된 전기장과 가스공급부로부터 주입되는 플라즈마 원료가스가 반응하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 반응기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기는 입력된 주파수를 갖는 에너지를 플라즈마로 최대한 전달하기 위한 임피던스 정합 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터페이스는 사용자에 의해 입력된 플라즈마 반복율을 누적 계산하여 상기 입력부에 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전원공급부가 공급하는 전압파형은 펄스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전원공급장치의 방전 펄스폭은 2 ms 내지 50 ms인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 발진기의 주파수는 13.56 MHz 라디오 주파수 또는 2400 MHz 내지2500 MHz 영역대의 마이크로웨이브 주파수인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 주파수 발진기의 파워는 0.8 kW 내지 6 kW인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력부에 의해 입력되는 플라즈마 에너지 값이 0.5 J 내지 5 J 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력수단에 의해 입력되는 펄스 반복율은 1 Hz 내지 7 Hz 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송선로는 마이크로웨이브 런쳐, 마이크로웨이브 커플러 또는 동축 케이블로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기는 유전체관이 삽입된 동축구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유전체관에 헬리컬 모양의 코일이 삽입된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 원료가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 산소, 공기 및 이들의 혼합군 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터페이스와 연결되고, 상기 전원공급부 또는 가스공급부와 연동제어되는 사용자 스위치가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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