Dielectric barrier discharge(DBD) afterglow 주입을 통한 저 전압 대기압 플라즈마 발생 :Low voltage atmospheric plasma generationby injecting dielectric barrier discharge(DBD) afterglow

황솔

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자료유형: 학위논문

저자정보: 황솔 (홍익대학교, 홍익대학교 대학원)

지도교수: 김영민

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

유전체 장벽 방전(DBD) 씨드 캐리어를 이용한 저 전압 대기압 플라즈마 발생

황솔 , 박현호 , 김영민 전기학회논문지 2018.01 학술저널

2017

Dielectric barrier discharge(DBD) afterglow 주입을 통한 저 전압 대기압 플라즈마 발생

황솔 전기정보제어공학과 2017.01 학위논문

2016

Dielectric Barrier Discharge(DBD) afterglow 주입을 통한 저 전압 대기압 플라즈마 발생

황솔 , 박현호 , 임토우 외 1명 대한전기학회 학술대회 논문집 2016.10 학술대회자료

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플라즈마 기술은 반도체 공정, 핵융합 기술 등 첨단 산업부터 유해가스 저감, 농업에도 활용될 정도로 활용 범위가 넓고 쓰임새가 많다. 그러나 플라즈마 발생 시 요구되는 저기압과 고전압은 플라즈마 기술의 보편화를 제한하는 요소로 알려져 왔다. 따라서 저 전압 대기압 플라즈마를 목표로 다양한 연구가 진행되고 있다.
이 논문을 통해 저 전압 대기압 플라즈마를 발생하기 위한 기존 마이크로 전극 펄스 방전의 afterglow를 이용하는 대신에 수명이 길고, 제작 공정이 간단한 DBD소자를 만들어 DBD afterglow를 initiation carrier로 활용하여 SD(sliding discharge) 방전 개시 전압(breakdown voltage)이 낮아지는 현상을 관찰 하였고 더 나아가 DBD afterglow들의 농도와 생성량에 따라 방전 개시 전압에 미치는 영향을 실험을 통해 확인하였다. 실험과정은 다음과 같다.
DBD afterglow가 방전 개시 전압에 미치는 효과를 알아보기 위해 두 가지 실험을 진행 하였다. 첫 번째로 DBD 소자와 SD전극간 거리를 바꾸면서 DBD afterglow의 공간적 농도를 변화시켜 SD 방전 개시 전압을 관찰 하였고, 두 번째로 DBD 전류를 증가시켜 afterglow의 생성량을 증가시켜 SD 방전 개시 전압을 확인 하였다. 실험의 결과로 DBD소자와 SD전극간 거리를 증가 시키면 SD 방전 개시 전압이 650V에서 950V로 300V 증가했다. 따라서 거리가 줄어들면 DBD 에서 생성된 afterglow들이 SD전극으로 효과적으로 주입되어 SD 방전 개시 전압을 낮추는 것으로 해석될 수 있다. 또한 DBD 전류를 5mA에서 20mA로 증가시켜 afterglow의 생성량을 증가시키면 방전 개시 전압이 100V정도 감소하였다.
두 결과를 종합하면 DBD afterglow 주입으로 SD 방전 개시 전압이 획기적으로 낮아질 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
본 연구에서 얻은 결과는 DBD afterglow 기반 initiation carrier injection 방법이 저 전압 플라즈마 발생에 효과적으로 사용될 수 있음을 보여주고 있으며 또한 DBD 소자의 높은 신뢰성을 활용 하여 플라즈마 발생 소자의 소자 수명을 향상시킬 수 있을 것이다.

Plasma technology has a wide range of applications and applications such as semiconductor processing, nuclear fusion technology, and so on. However, the low pressure and high voltages required for plasma generation have been known to limit the generalization of plasma technology. Therefore, various researches are being conducted aiming at low voltage atmospheric plasma.
In this paper, instead of using afterglow of conventional microelectrode pulse discharge for generating low voltage atmospheric pressure plasma, DBD device with long life and simple manufacturing process is made, and DBD afterglow is used as initiation carrier to initiate sliding discharge. The effect of the breakdown voltage on DBD afterglows was investigated by the concentration and amount of DBD afterglows. The experimental procedure is as follows.
Two experiments were conducted to investigate the effect of DBD afterglow on the breakdown voltage.
First, SD breakdown voltage was observed by changing the spatial concentration of DBD afterglow while changing the distance between the DBD device and SD electrode.
Second, SD breakdown voltage was confirmed by increasing the amount of afterglow by increasing the DBD current. As a result of the experiment, the SD breakdown voltage increased 300V from 650V to 950V by increasing the distance between the DBD device and the SD electrode. Therefore, it can be interpreted that when the distance is reduced, afterglow generated in the DBD is effectively injected into the SD electrode to lower the SD breakdwon voltage. Also, if DBD current was increased from 5mA to 20mA to increase the amount of afterglow, the breakdwon voltage was reduced by 100V.

These results indicate that the SD breakdown voltage can be drastically lowered by DBD afterglow injection experimentally.
The results of this study show that DBD afterglow based initiation carrier injection method can be effectively used for low voltage plasma generation, and the lifetime of the plasma generating element can be improved by utilizing the high reliability of DBD element.

제 1 장 서론 1
제 2 장 관련이론 3
2.1 방전 특성 3
2.2 Plasma I-V characteristics 6
2.3 Glow discharge 6
2.4Dielectric Barrier Discharge(DBD, 유전체 장벽 방전) 7
제 3 장 소자 시뮬레이션 및 제작 9
3.1 소자 제작 아이디어 9
3.2 Electric field 시뮬레이션 11
3.3 Electric field 시뮬레이션 결과 12
3.4 소자 제작 과정 14
3.4.1 노광 공정(Photo lithography) 14
3.4.2 습식 식각(Etching) 17
3.4.3 감광층 및 전극의 두께 측정 18
3.4.4 소자 제작 과정 19
제 4 장 방전 실험 측정 및 결과 21
4.1 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 소자 실험 21
4.1.1 전극간 거리별 방전 개시 전압 확인 21
4.1.2 DBD 전압-전류 특성 확인 24
4.2 afterglow 주입을 통한 방전 개시 전압 변화 확인 27
4.2.1 afterglow 주입을 통한 방전 개시 전압 변화 원리 27
4.2.2 DBD afterglow 주입을 농도에 따른 방전 개시전압 변화 30
4.2.3 SD afterglow를 이용한 방전 개시 전압 변화 확인(self sustain) 33
제 5 장 결 론 39
42
44

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