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[반도체]플라즈마, 진공, 펌프 평가B괜찮아요

(플라즈마, 진공, 펌프)학부 :학번 :분반 :이름 :< 차 례 >1. 플라즈마1) 정의2) 역사3) 특성4) 성질5) 생성방법6) 응용2. 진공1) 정의2) 응용3) 배기4) 진공펌프5) 게이지1. 플라즈마1) 정의플라즈마의 어원: 19C 생물학이나 의학에서 먼저 통용되던 말이었다.생물학에서는 플라즈마란 단어가 "원형질, 특히 그 속에서 생명활동의 무대가 되는 반유동성인 세포질"을 가리켰다. 의학에서는 혈장이나 림프액을 Plasma라고 지칭하였다.물리학에서 플라즈마가 처음 사용된 것은 1928년 랭뮤어(Langmuir)가 사용한 말이었다.네온등의 빛을 내는 부분과 같은 진공 방전일 경우에 방전 상태의 기체에 대하여 조사하여 보면, 전극으로부터 조금 떨어진 "양광주"라고 부르는 부분에서는 전자와 이온이 거의 같은 밀도로 분포되어 있고, 모든 곳에서 전기적으로 중성이 되어 있어서 균질성이 아주 잘 유지되어 있다. 이 특이한 기체에 대해 랭뮤어는 "Plasma" 라고 이름을 붙였다.플라즈마의 정의: 보통의 기체는 전기적으로 중성인 원자나 분자로 되어 있는데 음의 전하를 갖는 전자가 양의 전하를 갖는 이온으로부터 해리되어 자유롭게 움직일 수 있게 된 기체를 전리기체 또는 플라즈마(plasma)라고 한다. 우리들 주변에는 네온사인이나 형광등, 번개 등의 발광체 정도 밖에 볼 수 없으나 이러한 것은 극히 일부분의 원자들만이 전리되어 있는 약 전리 플라즈마이다. 그러나 우주에는 물질의 거의 전부가 플라즈마 상태로 존재한다. 실제로 전리층, 자기권, 성간 공간 나아가서 태양이나 항성의 표면이나 내부에 이르기까지 거의 플라즈마 생태로 되어 있다. 그것도 오로라를 발광하는 지상 120km 부근으로부터 바깥쪽은 거의 완전전리 플라즈마이다1928년에 랭뮤어(Irving Langmuir)가 글로방전의 기둥에서 전기적 진동을 발견하여 그것에 플라즈마 진동이라고 이름 지은 것으로부터 시작된다. 플라즈마는 전체로서는 전기적으로 중성이면서도 통상의 기체와 달리 전기전도성이 좋고, 전자기장있다. 전기방전 이외에 급격압축의 충격파, 화학에너지의 연소, 레이저 등의 고에너지 빔에 의해서도 발생시킬 수가 있다.직류 방전은 양전극간에 직류전압을 인가하여, 가스를 전기 파괴시켜 전리시키는 것으로, 가스는 플라즈마로 되어 도전성 기체가 된다. 방전을 지속시키기 위해 필요한 전자의 공급원으로는 전자가 중성 입자에 충돌되어 일어나는 전리에 의한 것, 이온이 음극에 충돌되어 발생되는 2차 전자의 방출, 음극가열에 의한 열전자 방출, 빛을 음극에 조사하여 방출된 광전자에 의한 것 등이 있다. 직류 방전에서는 가해 주는 전류의 세기에 따라 전류가 작은 쪽으로부터 탄젠트방전, 코로나방전, 글로우 방전, 아크방전이 있다. 또한 순간적으로 전기 파괴하는 불꽃방전이나 순차적으로 일어나는 펄스방전도 있다. 한편, 주파수가 낮은 교류방전은 직류방전과 가까운 양상을 보인다.(1) 코로나 방전한쪽의 전극을 침상으로 하고 다른 쪽의 전극을 판상으로하여, 그 사이에 10kV정도의 고전압을 가하면, 침상전극 근방의 강전계에 의하여 전기파괴가 일어난다. 이것이 코로나방전이며 전류밀도는 1~100 A/cm2 이다.코로나방전을 시키면 침상 전극으로부터 판상전극을 향하여 가스가 흐르게 되고, 이것을 이용하여 판상전극으로의 대류전열량의 증가에 사용되고 있다.(2) 직류 글로우방전압력이 10~100Pa의 저압 용기내에 2장의 금속판을 설치하고 그사이에 100~1000V의 직류전압을 가하면 용기 내에 방전이 일어난다. 이것이 직류글로우방전이며, 이때 전류밀도는 수 mA/cm2 정도이다. 글로우방전은 이온(또는 광자)이 음극에 충돌하여 방출되는 2차 전자가 가스를 전리시키는 것에 의하여 지속된다. 전류를 높이고 전압을 낮추기 위하여 원통 내면을 음극으로 사용한 것이 있으며, 할로우캐소드(hollow cathode)라고 한다.(3) 아크방전대기압정도의 압력 중에서 2개의 봉상전극에 10~수십V의 전압을 가하여 접촉시킨 후에 떨어뜨리면 전극사이에 방전이 일어난다. 이것이 아크방전이며 전류밀도는 10~한된 분야에서 행해지고는 있지만 플라즈마의 산업응용 기술에 대해서 보다 대대적인 연구와 적용이 절실한 실정이다.플라즈마 응용기술은 우리가 지난 반세기 동안 쌓아 놓았던 각종 제조업에서 근본적인 기술 혁신을 가져오고 경쟁력을 몇 단계 높일 수 있는 기술이기 때문이다. 플라즈마 관련 기술을 계속적으로 연구하고 그 기술을 각종 산업에 활용함으로써 다가 올 미래에 보다 발전된 새로운 문명 생활을 누리는 것은 우리의 의무이자 권리가 아닐 수 없다.이외에도 플라즈마 적용기술은 용사(溶射), 조명용 광원 및 의료 부분 등 거의 모든 제조업 분야에 있어서 적용이 가능한 핵심기술로서 산업기술에 혁신을 가져올 수 있는 미래 기술이라 할 수 있지만 우리나라에서는 아직 널리 보급돼 있지 않다.[1] 신물질 합성: 플라즈마의 고온과 활발한 화학적 성질은 종래의 방법으로 얻기 어려운 극한 환경을 제공하여 신물질의 합성, 금속이나 고분자의 표면의 성질을 바꾸어 본체와는 다른 물리적, 화학적 성질을 주는데 이용이 될 수 있다. 대표적인 예로 다이아몬드는 그것이 갖는 높은 경도, 열전도도, 굴절률, 큰 밴드 갭등의 뛰어난 물성 때문에 보석으로 뿐 아니라 공업적으로도 매우 중요한 재료이다. 다이아몬드의 인공적인 합성은 1950년대에 미국의 GE에서 개발한 고온, 고압법이 주로 쓰여져 왔으나 80년대초에 소련에서 메탄가스 플라즈마로부터 저압에서 다이아몬드를 박막 형태로 얻어질 수 있다는게 밝혀져 이를 이용한 반도체 소자, 공구코팅, 광학부품 코팅, Heat Sink, 음향기기등 새로운 응용 분야가 활발히 개척되고 있다.또한 공구의 내마모 코팅, 장식용 코팅, 반도체 소자의 제조시 접점에서 확산장벽으로 이용되는 TiN은 Ti의 반응성 이온 플레이팅이나 스퍼터링, PECVD 방법등을 통해 건식법으로 만들 수 있다.[2] 고분자의 표면처: 또한 고분자의 표면을 질소나 산소 플라즈마 등으로 처리하면 고분자의 표면에 치수성이나 소수성을 줄 수 있거나 제전성, 염색성, 심색성 등을 향상시킬 수 있으며, 라 한다. 진공전구의 진공도는 10-2～10-5mmHg, 수신용 진공관은 10-4～10-6mmHg, TV브라운관은 10-6mmHg 정도이다. 현재 인공적으로 도달할 수 있는 최고진공도는 10-12mmHg 정도인데, 이때에도 1㎤당 약 3만5000개나 되는 기체분자가 남아 있다고 한다.진공은 진공펌프를 써서 용기 속의 기체분자를 뽑아내어 얻게 되는데 진공도를 유지하는 데는 진공펌프를 계속 동작시키면서 작업하는 진공건조기와 같은 조립장치나, 전구?진공관처럼 배기 후에 용기를 밀봉하는 방법 등 몇 가지의 다른 기술들이 있다.예를 들면 조립장치에서 용기에는 금속제품을 쓰며, 접합부에는 기체가 방출되기 쉬운 고무 등은 쓸 수가 없다. 또 진공관 내에 봉입한 전극 등의 금속부분은 배기하면서 적열(赤熱)하여 사전에 기체를 충분히 방출하는 작업을 하며, 또한 관 내부에 바륨?마그네슘?붉은인 등을 주재료로 하는 금속편(金屬片)을 봉입하여 관 밀봉 전후에 증발시켜, 관벽에 막을 만들어 전극에서 나오는 기체를 이것에 흡착시키는 방법을 쓴다.현대물리학에서의 진공진공은 물질이 전혀 없는 공허한 공간이나, 중력과 전기?자기력이 전달되는 물리적 성질을 가지고 있다. 따라서 장(場)의 양자론(量子論)에 의하면 역장(力場)에 대응하는 소립자의 존재를 생각할 수 있으며, 이러한 관점에서 보면 진공은 에너지가 최소인 상태, 즉 장의 해밀토니안(Hamiltonian)의 고유값이 최소인 상태라고 정의된다.진공의 정도진공시스템은 보통작동압력에 의해 분류된다. 가장 널리 사용되는 분류방법 중의 하나는 다음과 같다.구분(CLASSIFICATION)압 력 (PRESS RANGE) 범위저진공(LOWVACUUM)760 Torr ～1 Torr100kPa ～ 100Pa중진공(MID VACUUM)1 Torr ～Torr100Pa ～ 0.1Pa고진공(HIGH VACUUM)Torr～Torr0.1Pa ～ 10μPa초고진공(EXTRA HIGH VACUUM)Torr ～ (Less)10μPa (Less)2) 응용전구나 각종 펌프들은 응축된 오일을 정제 할 수 있도록 간단한 분류 공정을 이용하게끔 설계되는데 이공정이 본류법이다. 응축된 펌프오일 증기는 냉각된 벽으로부터 보일러로 돌아온다 진행은 외부로부터 보일러의 중심까지 천천히 나아가고 온도는 빠르게 상승하며, 새로운 증기가 계속 형성된다. 확산 펌프의 오일은 오염 물질이나 분류를 분해시키거나 산출시킨다. 오랜 시간이 지나면 효율적인 배기 속도를 줄이기에 충분한 분류들이 생길 것이며 새로운 오일을 가지고 펌프를 드레이닝하거나 리필링 하는 것이 필요하다. 이것이 보일러나 제트장치의 특별한 구조가 사용되는 이유다.- 오일의 역류오일의 역류는 모든 확산 펌프에서 생기며 진공용기를 향해 잘못된 방향으로 가는 적은 양의 펌프오일 증기를 말한다. 진공용기에 도달하는 역류오일의 양을 줄이기 위하여 여러 가지 방법들이 사용된다.오일 역류를 제어하기 위하여 더 효율적인 소자가 이용되면 배기속도가 감소함을 알아야한다. 만약 지나친 오일의역류가 발생되면 진공 용기 전체를 깨끗이 닦아야 하는데 이러한 오일의 역류는 여러 가지 원인 즉 진공용기 내에서의 갑작스런 압력의 증가 고압력에서의 고진공 밸브를 열 때 기계적 펌프의 갑작스런 정지 정전등으로부터 야기된다.- 확산 펌프는 공기를 대기중으로 직접 배출할 수 없다.확산 펌프는 유입된 가스를 millitorr까지 압축시켜 기계적펌프 속으로 배출시킨다. 그러면 기계적 펌프는 이가스를 좀더 압축시킨 다음에 대기중으로 뽑아낸다. 만약 동작하는 확산 펌프가 약간의 시간이라도 대기에 노출된다면 오일은 심각하게 산화할것이며 때때로 극단적인 경우에는 펌프안에 화재나 폭발이 생긴다.- 최대 허용 포라인 압력최대로 견딜수 있는 포라인 압력은 외부압력에 대해 기체들을 배기하기위한확산 펌프의 용량이다. 만약 포라인의 압력이 과도해지면 펌프 증기의 상당한 양이 진공 용기와 고진공 밸브 속으로 밀려갈 것이다. 실제로 이러한 오염 물질이 펌프에 존재하면 배기 시간이 증가할 것이며 시스템 기본 앙ㅂ력이 상승할 것이다.▷ 이온펌프 .

공학/기술| 2006.05.16| 43페이지| 3,000원| 조회(1,024)

진공펌프, 진공, 펌프, 플라즈마, DH실험

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[재료실험][DH실험] 전도도, 물질의 종류

(전도도, 물질의 종류)조학부 :학번 :분반 :이름 :< 차 례 >1. 종류1) 전도도에 따른 물질의 종류① 도체(Conductor)② 절연체(Insulator)③ 반도체(Semiconductor)2) Conductivity category - Material type2. 특성3. 구조 및 그에 따른 종류1) 금속 구조2) 세라믹 구조3) 반도체 구조1. 종류1) 전도도에 따른 물질의 종류: 물질들은 전기전도도에 있어서 큰 차이를 보이며 구분되므로, 전기전도도에 따라서 물질의 분류가 가능하다. 위의 표는 전기전도도에 따라 물질을 나눈 것이다.물질은 전도도에 따라 Conductor, Semiconductor, Insulator로 나눌 수가 있다.① 도체(Conductor): 에너지대의 성질이 온도에 따라 어떻게 변하는지 고려함으로써 보다 자세한 금속의 전기전도 특성을 이해할 수 있다. 가전자대에 있는 에너지준위의 중간지점까지는 완전히 차있고 그 이상에서는 완전히 비어있는 모습을 보여준다. 사실 이것은 절대온도 0K 에서만 성립한다. 이 조건이 그림 15-5에 도시되어 있다. 0K에서 에너지대의 가장 높이 채워져 있는 상태의 에너지를 페르미 준위()라고 한다. 주어진 에너지준위가 채워져 있는 범위를 페르미 함수()로 나타낸다.0K 라는 극단적인 경우에는 전기전도가 일어나지 않는다.이상의 높은 에너지 준위(즉, 점유되지 않은 준위)로 전자의 에너지를 증가시켜야 한다. 이런 에너지 상승에는 어떤 외부 에너지원이 요구된다. 이런 에너지를 제공하는 방법 중 하나는 0K 이상으로 재료를 가열함으로써 얻어지는 열적에너지이다. 열적 에너지가 페르미 준위 이상의 채워지지 않은 에너지준위로 전자들을 여기 시키기에 충분하기 때문에 금속이 좋은 전기전도체의 성질을 나타내는 것이다. 이런 준위()에서 인접 원자간 점유되지 않은 준위로의 접근성이 고체 내에서 자유전자(free electron)라 알려진 전도전자의 높은 이동도를 초래한다. 따라서 금속 같은 물질들이 높은 전도도를 나타내며다)을 가지는 것이다. 그 결과 상온(298K)에서의 열적 에너지는 작은 수이나 그래도 상당한 수의 전자를 가전자대에서 전도대로 여기 시키게된다. 결과적으로 전도전자와 같은 수의 정공이 가전자대에 형성된다. 이러한 정공은 양전하 운반자이다. 적정한 수의(+),(-) 전하운반자의 존재 때문에 실리콘은 금속과 절연체의 전기전도도의 중간값을 갖게된다.2) Conductivity category - Material type: 재료의 구분이 전기전도도에 대한 재료의 상대적인 능력에 따라 분류된다. 금속은 좋은 전도체이다. 반도체는 전자전도에 대해서 작지만 측정 가능한 에너지장벽(에너지대 간격)에 의한 중간 정도의값으로 잘 정의된다. 세라믹과 유리 그리고 중합체는 전자전도에 대해 큰 장벽으로 특징지어는 절연체이다. 그러나 ZnO과 같은 재료는 전기적 분류로 보면 반도체일 수 있고, 결합 분류에 의하면 세라믹이 될 수도 있다. 또한 어떤 산화물은 초전도성을 보인다는 것에 유념해야겠다. 그러나 전체적으로 세라믹은 통상 절연체이다. 복합체는 그것을 이루는 성분의 성질과 그 성분들의 기하학적 분포에 의존하므로 전도도 값의 모든 영역에서 볼 수 있다.2. 특성: 각각의 물질의 대표적인 특징을 아래의 표에 열거 하였다. 하지만 이것은 절대 적인 것이 아니고, 때때로 인위적이건 자연적이건 이표를 벗어나는 특징의 물질이 나타나는 것이 가능하다.도체, 절연체, 반도체로 물질을 분류하는 것은 물질의 한 특징을 가지고 분류 한 것이다. 대부분의 금속이 도체에, 대부분의 세라믹과 고분자가 절연체에 속한다. 따라서 도체, 절연체에 대한 특징은 따로 여기에는 개제 하지 않았습니다.반도체에 대한, 아래 표와 같은 특징을 찾기가 힘들어 반도체는 아래 표에 포함시키지를 못했다. 우선은 금속, 세라믹, 폴리머에 대한 기본적인 특징을 표로서 열거하고, 반도체 각 물질들의 특징을 표로서 열거 하겠다.금 속세라믹폴리머electricalpropertynealy free elctron(free electron: 나름대로 정리해서 표로서 옮긴 것입니다. 다소 부족함이 있더라고 이해해 주십시오)물질에너지 간격Eg(eV)전자이동도정공이동도운반자 밀도neSi1.1070.1400.3814*1015Ge0.660.3640.19023*1018CdS2.59a0.0340.0018-GaAs1.470.7200.0201.4*1012InSb0.178.000.04513.5*1021이 수치는 반도체를 정의하는 데 필요한 2eV의 한계점보다 크다. 이러한 수치는 약간 임의적이다. 추가로 대부분의 상업적 소자들은 실질적으로 에너지 간격의 특성을 변화시킬 정도의 불순물 준위를 포함하고 있다.표 해석 : 반도체의 전기전도도는 10-4에서 10+4범위 내에 속한다. 이러한 중간 크기의 범위는 2eV보다 작은 에너지대 간격에 해당한다.전자와 정공 모두가 단순한 반도체의 전하운반자이다. 실리콘의 예에서는 전도전자의 수와 정공의 수가 같다. 이러한 형태의 순수하고, 단원소로 이루어진 반도체를 진성반도체라 부른다.이동도 데이터를 살펴보면가보다 일관되게 큰, 때로는 아주 큰 값을 보인다. 가전자대에서의 정공의 전도는 상대적인 개념이다. 실제 정공은 원자가 전자와 관련되어서만 존재한다. 즉, 하나의 정공은 원자가 전자를 하나 잃는 것이다. 주어진 방향으로 정공이 움직인다는 것은 원자가전자가 반대방향으로 움직인다는 것을 나타낸다. 가전자대의 원자가 전아의 협동적 운동(로 나타낸)은 전도 전자의 운동(로 나타낸) 보다 본질적으로 더 느린 과정이다.위의 반도체에 대한 표는 반도체 재료의 앞에서와 같은 특징은 아닙니다. 참고서적을 찾아보았지만 반도체에 대한 성질은 대부분 전기전도도에 관해서만 한정되어있었습니다. 이점 이해해 주십시오.3. 구조 및 그에 따른 종류1) 금속 구조: 한 원소로 된 대부분의 금속은 상온에서 3개의 결정 구조 중 하나를 가진다.[ 체심입방(body-centered cubic, bcc) ]: 단위정의 중심에 1개의 원자가 있으며 8개의 꼭지점에 1/8개의 원자가 있다.(각 꼭지점의 원자는 인접한 는 0.74이고 이 값은 bcc 금속의 원자충진도 0.68보다 약간 큰 것을 알 수 있다. 사실상 0.74의 원자충진도는 같은 크기의 딱딱한 구를 쌓음으로써 공간을 채워 얻을 수 있는 가장 큰 값이다.fcc 구조를 가진 전형적인 금속에는 γ-Fe(912℃~1394℃에서 안정), Al, Ni, Cu, Ag, Pt, Au등이 있다.[ 육방밀집(hexagonal close packed, hcp) ]: 이 구조는 Bravais 격자(육방정계)보다 좀더 복잡한 구조를 갖는 것이다. 이 구조는 각각의 Bravais 격자점에 2개의 원자를 가지고 있다. 또 이 구조는 각 단위정마다 중심에 한 원자를 가지고 있고 모서리에 여러 부분적인 원자(4개의 1/6 원자와 4개의 1/12원자)를 가지고 있어서, 단위정마다 2개 원자를 가지고 있다. 원자충진도는 0.74이다. fcc와는 아래 보는 봐와 같이 적층순서가 틀리다.: hcp구조를 가진 전형적인 금속에는 Be, Mg, α-Ti, Zn, Zr등이 있다.한 원소로 된 대부분의 금속은 언급한 세가지 구조 중 하나를 가지고 있지만 몇몇의 금속은 특이한 구조를 가지고 있다. 이 같은 경우는 언급을 하지 않겠다.2) 세라믹 구조: 세라믹의 화학적 조성의 다양성은 세라믹의 결정 구조에 잘 반영되어 있다. 모든 세라믹 구조를 철저하게 목록화시킬 수는 없으나, 그 대신에 가장 중요하고 대표적인 몇 개를 선택하여 체계적으로 나열할 수는 있다. 하지만 그것도 매우 길기 때문에 간단히 기술 하겠다. 이러한 세라믹 구조들 중에는 금속간 화합물의 구조와 같은 것들이 많았다.다음 장에서는 몇 가지 구조의 세부적인 예와 결정구조를 구체적으로 살펴 보겠다.[ 염화세슘 구조 (cesium chloride(CsCl) structure ] - 화학식 MX: 언뜻보기에 체심입방 구조라고 하고 싶겠지만 사실 CsCl 구조는 각 격자점에 2개의 이온(하나의 Cs+와 하나의 Cl-)을 가지고 있는 단순입방 Bravais 격자이다. 즉, 이 구조는 단위정마다 2개의 이온격자로 되어 있다. 1개의 단위정에는 12개의 이온(4개의 Ca2+와 8개의 F-)이 있다. 이 구조를 가진 전형적인 세라믹에는 UO2, ThO2, TeO2등이 있다. 형석단위정의 중심부에 비어있는 공간이 있는데 이 비어 있는 공간은 핵재료 기술에서 매우 중요한 역할을 한다. 이산화우라늄(UO2)은 헬륨가스와 같은 핵분열 생성물을 ‘부풀림(swelling)’이 없이 적당하게 수용할 수 있는 반응로 연료로 사용할 수 있다. 헬륨원자는 형석단위정의 비어 있는 공간에 수용된다.[ 실리카 (SiO2) structure ] - 화학식 MX2: 이것은 지각에 존재하는 천연재료에서 쉽게 구할 수 있다. 실리카는 그 자체로 또는 다른 산화물과의 화학적인 조합에 의해 공학자들에게 유용한 많은 세라믹 물질을 형성한다. 이러한 이유에서 SiO2의 구조는 매우 중요하다. 그러나 불운하게도 이 구조는 간단하지 않다. 사실상 이 구조는 하나의 구조로 기술할 수 없고(온도나 압력이 변함에 따라) 여러 가지 구조로 기술해야 한다. 대표적인 예로 홍연석 구조[cristobalite(SiO2) structure]를 들 수 있다. 홍연석 구조는 각 격자점에 6개의 이온(2개의 Si4+와 4개의 O2-)을 가진 fcc Bravais 격자로 되어 있고 각 단위정은 24개의 이온을 가지고 있다. (8개의 Si4+와 16개의 O2-). 이 구조를 기술하기 위해서는 큰 단위정이 필요함에도 불구하고, 이것은 SiO2의 여러 결정학적 형태 중 가장 간단한 것이다. 모든 SiO2 구조의 일반적인 특징은 SiO24-사면체 구조가 연속적으로 연결되어 그물 모양을 가지고 있다는 것이다. 인접한 사면체가 O2-이온을 공유하므로 전체적인 화학식을 SiO2로 쓴다[ 코런덤 구조 (corundum(Al2O3) structure ] - 화학식 M2X3: 이것은 삼방 Bravais격자에 속하지만 육방격자에 매우 가까운 모양을 하고 있으며, 격자점당(단위정당) 30개의 이온을 가지고 있다. 화학식 Al2O3에 따르면 이들 3).

공학/기술| 2006.05.16| 20페이지| 2,000원| 조회(534)

전도도, DH실험, band, 물질의 종류, 물질의 분류

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[재료실험]DH실험 - 열전대(thermocouple)

(열전대-Thermocouple)담당교수 :학부 :1. 열전대의 사용 목적2. 열전대의 원리3. 열전대 온도계의 장단점4. 열전대의 종류 및 간략한 특성5. 열전대의 종류 별 상세 특성6. 귀금속 열전대와 비금속 열전대7. 열전대의 구조8. 열전대 소선의 종류 및 성질9. 시스형 열전대10. 열전대의 활용1. 열전대의 사용 목적: 온도 측정2. 열전대의 원리: 열전대는 원자로, 항공기, 동력계통, 제철소 등의 여러 공정에서 온도를 감지하는 방법을 제공하며, 구조가 간단하고 가격이 싸며, 내구성이 있고 많은 응용면에서 비교적 정확히 온도를 측정할 수 있는 온도계이다.열전대는 또한 183℃ 이하에서 부터 2500℃ 근처 까지의 넓은 온도 범위를 0.1 ~ 1 ％ 정도의 정확도로 측정할 수 있으며, 출력을 측정하는데 측정 계기가 간단하고 회로상의 잡음이 덜 받는 낮은 임피던스를 갖는 장치이다. 열전대는 역학적 유연성이 있어서 여러 응용에 따라 그 형태를 적합하게 바꿀수 있고 빠른 응답, 내구성, 회로의 절연등을 고려하여 보통 소선의 형태로 만들어 사용하기도 한다. 필요에 따라 1 ㎳ 정도의 응답시간을 갖는 머리카락 보다 가는 열전대도 있으나, 보통은 0.5 ~ 1 mm 의 직경을 가진 소선으로 만들어지고, 금속 산화물의 분말로 절연이 되고 금속 쉬스에 의해 보호된 열전대도 있다.근본적으로 열전대는 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로써 세가지 열전효과가 열전대 안에서 작용되고 있다.제벡효과는 서로 다른 두 금속으로 폐회로를 구성하고, 양접점에 온도 차를 주었을때 온도 차가 없으면 각 선 전위차가 없으나, 양간간에 온도차를 주면은 양접점에는 접촉 전위차 불평형이 발생하면서 저온측 접합점으로 부터 고온측으로 열전류가 이동하게 되는 것이다.이러한 현상을 이용, 한쪽을 일정한 기준점으로 만들고 측정하고자 하는 고온측을 미지 온도차로 하면 측정하고자 하는 접속점의 온도가 변하면 미지의 온도에 대응되는 열기전력만을 정확히 측정함으로써 공업적으로 양측 변화측정이 아닌 온도측 그 전류의 방향에 따라서, 한쪽은 열을 발생시키고 다른쪽은 열을 흡수하는 현상을 말한 것으로 열전대를 이용하여 측정할 때 현상은 고온의 측온접점에서는 열의흡수가, 저온인 기준 접점에서는 열의 발생이 일어나므로 실제 사용시 열전대 자신의 열전류에 의한 온도 변화는 지극히 작다.톰슨 효과는 온도 기울기가 있는 도선상에 전류에 의한 열의 수송에 관한 효과로 동종 금속 내 에서도 부분적으로 온도차가 있는 경우 그 곳을 흐르는 전류에 의해서 열을 발생 또는 흡수하는 현상을 말하며, 이 현상으로 인한 영향은 펠티어효과 보다 작게 나타난다.따라서 펠티어, 톰슨효과의 사이의 관계에 관한 영구는 열전대에 의해 생기는 기전력이 소선을 따른 열전효과와의 온도 기울기에 의한 연구 결과로서 대부분의 열전대 응용에서는 제벡효과만으로도 열전대의 설명은 충분하다.3. 열전대 온도계의 장단점장점1) 온도를 전기적으로 환산할 수 있기 때문에, 측정/조절/제어/증폭/변환등이 용이하게 사용할 수 있다.2) 비교적 염가로 입수하기 쉽고, 측정방법도 간단한 반면에 측정밀도가 높고, 시간차의 비율이 적기 때문에 특히 감도를 필요로 하는 경우나 수명을 요구하는 경우에 따라 자유롭게 치수를 선택 할 수 있다.3) 넓은 온도범위의 측정이 가능하다.(예를 들어 E열전대의 경우, -200~700℃까지의 온도 범위가 동일 열전대의 측정이 가능합니다. 또 R열전대의 경우는 0~1600℃ 등급까지 가능하다.)4) 작은 측온물의 온도 분포가 복잡할 경우에도 특정한 부분이나 좁은 장소의 온도 측정이 가능합니다. 또한 측온물과 계량기 간의 거리가 길어도 되며, 회로의도중에 국부적인 온도 변화가 생겨도 측정치에는 거의 영향을 주지 않습니다.단점1) 측정하려는 곳에 따라 사용할 수 있는 열전대의 종류가 제한이 있다.2) 측정온도의 ±0.2%정도이상의 정밀도를 얻는 것이 어렵다.3) 기준 접점을 필요로 하고, 이것을 일정온도(예를 들어 0℃)에 유지를 할 필요가 있고, 경우에 따라 열전대를 연장시켜 이용을 하던가(이 경우에을 취하여 PR6-30이라고도 함. 성분은 29.60±0.2중량%의 로듐을 함유하는 백금과 6.12±0.02중량% 로듐의 백금 합금의 조합. 백금과 로듐은 전율고용체를 만들어 백금에 로듐을 합금시킴에 따라 융점과 기계적 강도가 상승. 합금선의 열기전력 특성은, 저온 영역에서 매우 작고 고온역으로 됨에 따라 커지므로, 고온역에서의 온도 측정에 적합. 백금 로듐 합금은 고온역에서의 결정 입자 성장이 작아 드리프트가 작다. 제벡 계수는 450℃이하의 온도역에서는 매우 작아 실온에서는 거의 0이 되므로 조합되는 보상도선은 동/동선이 사용. 열전대와 보상도선의 접속부 온도가 높아지거나 변화하면 직접 측정 정도에 영향을 준다.②R열전대?구성 성분 : +극 [Pt 87, Rh 13], -극 [Pt 100]?측정 온도 : 0~1600℃?제품 특성 : 미국에서 +극에 약 13%의 로듐과 -극에 백금을 쓴 열전대로 개발.1968년 국제 실용 온도 눈금 (IPTS-68) 의 성립을 계기로 정확히 13%로듐을 함유하는 백금합금선과 백금선의 조합으로 변경하고 R 열전대로서 규준 열기전력 제정. R 열전대 IEC로서 채택. 공업용으로 다용. 종래의 PR 열전대에서 R로의 전환 호환성이 없기 때문에 생산자와 사용자가 협력하여 전환 작업에 힘쓴 결과 현재는 R 열전대가 정착.③S열전대?구성 성분 : +극 [Pt 90, Rh10], -극 [Pt 100]?측정 온도 : 0~1600℃?제품 특성 : 백금이 공기 중에서 1400℃로 가열시 재결정 입자 생장수소 중에서는 700℃까지 안전. 청정한 산화 분위기에서 높은 신뢰성을 가지며, 단시간은 불활성 가스 또는 진공 중에서 사용 가능?사용상 주의 :1886년 르 샤틀리에 의해 개발된 열전대이다. R 열전대에 비해 열기전력 작고 온도는 동등해 공업용으로 거의 사용 안됨. 역사적으로 IPTS-68에서는 안티몬의 응고점 (630.75℃)에서 금의 응고점(1064.43℃)까지의 표준 온도계로 지정. 백금이 공기 중에서 1400℃로 가열시 재결정 입자가 대. 내열성,내식성,안전성 양호. 온도 직선성이 양호해 1000℃ 까지의 산화,불활성 가스에서 다용. 정도?안전성,열기전력이 크며 적정한 가격으로 널리 이용.?문제점: 1000℃이상에서 장시간 사용시 드리프트 발생 ( 산화, 특히 두 소선의 내부 산화에 따른 불균질 조성 변화에 기인 )250~500℃범위에서 가열. 냉각에 수반하는 열기전력의 단시간 사이클 변동이 있다 ( 구조적 불균질에 의한 +극의 short-range ordering 현상 )50~250℃범위에서 가역적인 열기전력의 시프트 ( -극의 자기 천이에 따른열자기 효과의 영향 )원자력 관계에서 방사선 노출에 기인하는 드리프트(중성자 조사에 의한 -극의 용질 성분의 변질에 수반하는 조성 변화 )※열화( 표면 상황이 변화하는 원인에 따라 구별 )?정상 열화 : + 극의 표면에 Cr2O3의 산화 피막을 입힌 상태에서 사용 Cr2O3 산화 피막이 견고하면 합금과의 밀착성 양호하며 내측 금속에 대해 보호 피막이 된다. +극 (크로멜)은 고온 사용시 진행되는 크로멜 표면 부근의 Cr 산화이고 최초에 치밀한 산화막이 형성되면 산화 진행이 늦고 장시간 사용에 견딘다.?이상 열화 : K 열전대의 그린로드 현상환원성에서 사용시 사용 조건의 부적절에 기인하는 크로멜선 표면의 산화 피막이 환원되어 금속면이 노출되고 공기 중 미량의 O2에 의해 크로멜 표면의 Cr산화가 급속히 진행되어 열기전력이 한 방향으로 변환. 대책은 보호관의 크기를 크게 하거나, 보호관내에 산소 송입, 산소 흡착하는 티탄을 넣을 수 있으나 결정적인 대책은 없다⑤E열전대?구성 성분 : +극 [Ni,Cr]-Ni에 10% Cr을 함유하는 합금(크로멜), -극 [Ni,Cu]- Cu와 Ni의 합금(콘스탄탄)?측정 온도 : -200~800℃(+극은 K열전대와 동등한 내열성이 있으나,-극의 내열성이 낮다.)?제품 특성 : 일명 CRC열전대. 크로멜/콘스탄탄. 비교적 최근에 실용화되어 1964년 ANSI로 채택후 이용 확대. 실용화된 열전대 중 가장 큰 열기전력 특렴한 가격. + 극의 철이 녹슬기 쉬워 열기전력 특성이 약화되기 쉽다. 일반적 방청 처리로 주석이나 아연 도금이 생각되어지나 고온에서 장시간 사용으로 계면 합금층이 형성되어 열기전력 특성 변화의 원인이 됨. 파칼라이징이나 엔나멜 소부어에 의한 것은 고온에서 사용 불가능. IEC, ANSI(미국),JIS(일본)은 열기전력 통일되나 유럽에서 많이 사용되는 DIN은 기준이 상이. 어느 규격에 의한 눈금 계기인가를 확인하여 선택. E 열전대에 의해 대체되는 경향⑦T열전대?구성 성분 : +극 [Cu], -극 [Ni,Cu]?측정 온도 : -200~350℃?제품 특성 : 일명 CC열전대 또는 동/콘스탄탄 열전대라고 함. 저가이며 가는 선의 가공성이 양호하며 쉽게 구할 수 있고 특성이 고르므로 저온에서 널리 사용. 열기전력 특성이 온도에 비례하므로 고정도의 온도 측정도 기대 가능. 단점으로는 구리의 고온 산화가 커서 상용 온도의 한계가 낮고 전기 저항의 온도 계수가 커서 양극의 전기 저항이 다르며 열전도율이 커서 측온부의 열전도 오차나 측정의 지연을 초래.⑧N열전대?구성 성분 : +극 [Cr,Si]- Ni에 Cr 14.2%와 Si 1.4%를 함유하는 합금, -극 [Ni,Si]- Ni에 Si 4.4% 등을 함유하는 합금?측정 온도 : 1300℃까지 사용 가능?제품 특성 : 일명 Nicrosil/Nisil열전대. K 열전대의 결점 보완 목적으로 오스트레일리아 국방성에서 개발. 열전대 중에서 가장 뛰어난 실용성 보유. 고온에서 내산화성 향상 (+극은 Cr과 Si의 함유율을 높이고 -극은 Si를 증가시키고 미량의 Mg를 첨가했으므로 고온에서 사용시 양극의 보호 산화막이 표층부에만 한정되고 외부 유출이 없어 1300℃까지 사용). 중성자 분위기에서 열기전력의 안전성 향상.(-극에서 Mn,Al,Co등의 미소 성분 제거로 개선), 자기 변태점이 실온 이하 (합금율의 배분에 의해 변태점을 이동할 수 있어 -극의 Si 함유율을 4.4%로 증가시킴 ) 쇼트레인지 오더링이 없다. (+극의 Cr다.

공학/기술| 2006.05.11| 22페이지| 2,500원| 조회(1,103)

열전대, 재료실험, Thermocouple, DH실험, 시스형 열전대

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[재료실험][DH실험] 반도체단위공정, 증착, 식각

(반도체단위공정, 증착, 식각)조학부 :학번 :분반 :이름 :차 례1. Semiconductor Unit Process2. Deposition(증착)3. Etching(식각)1. Semiconductor Unit Process2. Deposition(증착): 증착이란, 고진공에 놓은 용기 속에 피복될 물체와 그 표면에 부착시키려는 금속 등의 입자를 넣어 둔 다음, 히터에 전류를 흘러서 가열함으로써 그 금속입자를 증발시키면, 차가운 물체 표면에 응축해서 부착하는 것을 이용하여 표피를 붙이는 방식이다.반도체 소자나 집적회로의 제작에는 많은 종류의 박막( Thin film )이 증착된다. 이 박막을 증착시키기 위한 방법은 크게 물리적인 증착 방법과 화학적으로 증착시키는 방법으로 나눌 수 있다.대표적인 방법으로는 물리적으로 증착시키는 Evaporation, Sputtering, SOG( Spin on Glass ) 등과 화학적인 반응을 이용한 CVD( Chemical Vaper Deposition )가 많이 사용 되고 있다.1) PVD (Physical Vapor Deposition): PVD(물리 기상 증착) 공정의 정의는 생성하고자 하는 박막과 동일한 재료(Al, Ti, TiW, W, TiN, Pt 등)의 입자를 진공 중에서 여러 물리적인 방법에 의하여 기판 위에 증착시키는 기술을 말한다.특징 :①기판의 온도를 자유롭게 선택 가능하고,②화학반응은 거의 일어나지 않고,③부착한 원자와 기판의 밀착성이 좋고,④진공도, 증기압, 장치구조, 전원출력 등의 물리적인 변수의 제어로 공정결과를 결정할 수 있고,⑤저온에서 가능하며 정확한 합금 성분 조절이 용이하며,⑥단차 피복(Step Coverage), 결정 구조(Grain Structure), 응력(Stress) 등의 조절이 용이하다.PVD방식은 공정방법에 따라 다음과 같이 분류된다.위와 같은 PVD방식으로 제조할 수 있는 박막재료는 금속, 합금을 비롯하여 화합물, 비금속산화물 등이 있다.원리 및 특징: Sputtering은 chamber 내에공급되는 gas cathode에서 발생되는 전자사이의 충돌로부터 시작된다. 그 과정을 보면-. 진공 chamber내에 Ar과같은 불활성 기체를 넣고(약 2∼15mTorr 정도), cathode에 (-)전압을가하면-. cathode로부터방출된전자들이 Ar 기체원자와충돌하여, Ar을 이온화 시킨다.Ar + e-(primary) = Ar+ + e-(primary) + e-(secondary)-. Ar이 excite되면서 전자를 방출하면, 에너지가 방출되며, 이때 glow discharge가 발생하여 이온과 전자가 공존하는 보라색의 plasma를 보인다.-. plasma내의 Ar+이온은 큰전위차에 의해 cathode(target)쪽으로 가속되어 target의표면과 충돌하면, 중성의 target원자들이 튀어나와 기판에 박막을 형성한다.Sputter deposition의 장단점을 보면(장점)-. 여러 가지 다른재료에서도 성막속도가 안정되고비슷하다.-. 균일한성막이가능, step 또는 defect coverage가좋다.-. 박막의응착력(adhesion)이좋다.-. 금속, 합금, 화합물, 절연체 등 다양한재료의 성막이 가능하다.-. Target 냉각이 가능, 큰 target 사용가능하다.-. 기판의 sputter etching으로 pre-cleaning이가능하다.-. O2, N2등의 reactive sputter로 산화물, 질화물 박막의 형성이 가능하다.(단점)-. 성막속도가 낮다.(

공학/기술| 2006.05.11| 19페이지| 2,000원| 조회(685)

증착, 식각, 단위공정, DH실험, 반도체단위공정

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[재료실험]결합, 재료종류, 결정구조

(결합, 재료종류, 결정구조)담당교수 :학부 :분반 :< 차 례 >1) 재료의 결합① ionic bonding② covalent bonding③ metallic bonding④ secondary bonding2) 재료에 따른 결합① Metal 의 bonding② Ceramic 의 bonding③ Polymer 의 bonding3) 재료의 결정구조① 7개의 결정계와 14개의 결정(Bravais)격자② 재료에 따른 구조- Metal 구조- Ceramic 구조- Polymer 구조- Semiconductor 구조4) 원자결합과 결정구조의 관계1) 재료의 결합① ionic bonding- +ion과 -ion사이에 발생한다.- ion 사이에 electron의 교환이 발생한다.- 큰 electronegativity의 차이가 필요하다.- 쿨롱의 법칙에 의해 ion간에 attractive force가 작용한다- Non directional- Non conducting- Stress가 가해 졌을 때 Brittle- Thermal insulator- Bond Energy : 625-1550 (kJ/mol)- Ceramic에 많은 결합(ion들 사이의 interaction으로ionic bonding이 발생한다.)(electron의 교환을보여주고 있다.)② covalent bonding- 원자사이에 electron의 공유가 요구된다.- directional- Non conducting- covalent solid 는 hard, 하지만 많은 stress가 가해 졌을 때는 brittle.- molecules with nonmetalsmolecules with metals and nonmetalsElemental solidscompound solids- Bond Energy : 520-1250 (kJ/mol)- Semiconductors, Ceramics, Polymer 에 많은 결합③ metallic bonding- Primary bond for metals and their alloys- electron을 공유- Non directional- electron을 공유 + Non directional = delocalized electron: 즉, electron은 많은 이웃 원자들의 어느 것과도 연관될 가능성이 같다. 전형 적인 금속에서 이 delocalized electron은 재료 전체와 연관이 있으며, 전자 구 름 또는 전자가스를 초래 한다.- electrical conductor as a consequence of the free electron- thermal conductor as a consequence of the free electron- Bond Energy : 100-800 (kJ/mol)- Metals에 많은 결합(arises from a sea of donated valence electrons- 1, 2, or 3 from each atom)④ secondary bonding- electron 교환이나 공유 없이 약간의 원자결합(실질적으로 보다 더 작은 결합에 너지를 가지는)을 얻는 것은 가능한데, 이것이 secondary bonding이다.- secondary bonding의 mechanism은 반대 전하들 사이의 인력인 이온결합과 어 느정도 비슷하다. 그러나 중요한 차이점은 electron 교환(전자전이)이 없다는 것이다.- attractive force 는 각각의 원자나 결합된 분자의 단위 내에서 양과 음전하의 비대칭적인 분포에 의존한다.!! dipole : 의미-전하의 비대칭,dipole이 일시적이냐, 영구적이냐에 따라서 secondary bonding은 두 가지 유형이 될 수 있다.(Bonding Energy : permanent dipole > induced dipole)- Bond Energy :

공학/기술| 2006.05.11| 18페이지| 2,000원| 조회(1,098)

결합, 결정구조, DH실험, 재료의 종류, 재료의 결합

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