기체 분자 운동론과 진공

1. 진공의 특성

1)진공 기초

진공 : 아무것도 없는 빈공간

공학적 정의 : 대기압보다 낮은 압력으로 기체가 채워져 있는 공간

 

진공의 발견 : 토리첼리 실험

 

2) 진공의 이용

압력 차이에 의한 힘

빠른 증발(동결건조)

열전달 차단

운동저항의 감소

청정 환경

 

3) 진공의 단위

1기압 = 760 mmHg = 760 Torr(토르) = 1atm

 

4) 진공의 의미

이상기체 방정식 : PV=nRT

(분자들은 크기,부피가 없는 입자, 분자들 사이의 인력 척력이 없다고 가정)

압력이 낮다 > 공간안에 기체 분자수가 적다

압력을 낮춘다. > 공간안에 기체 분자수를 줄인다.(pumping)

 

5) 기체 상태 방정식

반데르발스 방정식 : 실제 상황에서 사용 하지만 진공은 이상기체 상태 방정식 사용 가능

 

6) 진공 특성

   (1)진공 사용 이유

주변 환경(잔류가스, 흡착가스)로 부터의 오염 방지/감소

평균자유이동거리(Mean Free Path)증가

Plasma 공정(Plasma 발생 및 유지)

 

   (2)플라즈마에서 특정압력이 필요한 이유

압력이 너무 낮으면 플라즈마 불안정 > 전자가 많은 수의 기체분자와 충돌하지 못함

압력이 너무 높아도 플라즈마 불안정 > 전자가 이온화 시킬만한 충분한 운동에너지를 갖지 못한 상태에서 충돌

 

※평균자유이동거리(Mean Free Path)

한 입자가 다른 입자와 충돌하기 전까지 이동한 평균거리

- 대기 중의 MFP는 매우 짧으면 진공 중의 MFP는 길다

 

※단층막 형성 시간(Monolayer Formation Time)

기체 분자들이 충돌하면 주변 벽과 흡착되는 경우도 있음

기체 입자가 표면에 흡착되어 원자층/분자층을 형상하는데 걸리는 시간

t = 1 / ZSA

Z : 충돌하는 비율(압력이 클수록 증가)

S : 분자가 벽에 달라붙는 비율 ( 흡착되는 분자 수 / 전체 충돌하는 분자수)

A : 흡착되는 면작

 

7)진공의 응용

   진공기술의 적용

청정도 유지 : 모든 공정

- 잔류 가스로 인한 표면/박막 오염 장지

Mean Free Path 증가 : Etch(이방성 에칭), Sputter

활발한 기화/승화 현상 : CVD, Etch ( 반응물의 탈착)

 

8) 진공 system

진공장비 구성 요소

 

 

진공생성 : 진공 펌프

진공도 측정 : 진공게이지

진공의 활용 : valve

부품의 연결 : sealing