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KR20240114104A - 3-dimensional graphene nano-structure coating euipment - Google Patents

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KR20240114104A
KR20240114104A KR1020230006097A KR20230006097A KR20240114104A KR 20240114104 A KR20240114104 A KR 20240114104A KR 1020230006097 A KR1020230006097 A KR 1020230006097A KR 20230006097 A KR20230006097 A KR 20230006097A KR 20240114104 A KR20240114104 A KR 20240114104A
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South Korea
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waveguide
pair
dimensional graphene
graphene nanostructure
electromagnetic wave
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박현재
최용섭
장수욱
이강일
신진하
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한국핵융합에너지연구원
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Abstract

본 발명은 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치에 관한 것으로, 안정적으로 균일한 고밀도, 대면적의 플라즈마를 생성할 수 있어서 전기적/기계적 물성이 현격히 향상된 3차원 형상의 그래핀 나노 구조체를 제조할 수 있고, 단일챔버에서 합성과 코팅이 가능하여 공정 단순화와 경제성을 크게 제고할 수 있는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치 및 이를 이용한 코팅 방법, 그리고 이를 통해 제조한 3차원 그래핀 나노 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional graphene nanostructure coating device, which can stably generate a uniform, high-density, large-area plasma, thereby producing a three-dimensional graphene nanostructure with significantly improved electrical and mechanical properties. , It relates to a three-dimensional graphene nanostructure coating device that can be synthesized and coated in a single chamber, greatly improving process simplification and economic efficiency, a coating method using the same, and a three-dimensional graphene nanostructure manufactured through the same.

Description

3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치 {3-dimensional graphene nano-structure coating euipment}3-dimensional graphene nano-structure coating device {3-dimensional graphene nano-structure coating euipment}

본 발명은 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치에 관한 것으로, 안정적으로 균일한 고밀도, 대면적의 플라즈마를 생성할 수 있어서 전기적/기계적 물성이 현격히 향상된 3차원 형상의 그래핀 나노 구조체를 제조할 수 있고, 단일챔버에서 합성과 코팅이 가능하여 공정 단순화와 경제성을 크게 제고할 수 있는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치 및 이를 이용한 코팅 방법, 그리고 이를 통해 제조한 3차원 그래핀 나노 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional graphene nanostructure coating device, which can stably generate a uniform, high-density, large-area plasma, thereby producing a three-dimensional graphene nanostructure with significantly improved electrical and mechanical properties. , It relates to a three-dimensional graphene nanostructure coating device that can be synthesized and coated in a single chamber, greatly improving process simplification and economic efficiency, a coating method using the same, and a three-dimensional graphene nanostructure manufactured through the same.

그래핀은 철보다 200배 높은 강도와 구리보다 최대 100배 이상 전기를 잘 통하는 물질이며, 두께가 0.33 nm 수준으로 매우 얇기 때문에 다양한 분야에 응용이 가능하다. 또한 최고의 열전도성을 자랑하는 단결정 실리콘 보다 2배 이상 열전도도가 우수하고 탁월한 투명도와 기밀성으로 4차 산업혁명을 주도할 획기적인 소재로 인식되고 있다. 이에 따라, 이와 같은 그래핀을 상용화하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으나 현재까지 소개된 그래핀을 이용한 연구는 다음과 같은 연구로 인해 상용화에 제한이 있다.Graphene is a material that is 200 times stronger than iron and conducts electricity up to 100 times better than copper, and is very thin at 0.33 nm in thickness, so it can be applied to a variety of fields. In addition, it has more than twice the thermal conductivity of single crystal silicon, which boasts the best thermal conductivity, and is recognized as a groundbreaking material that will lead the 4th industrial revolution with excellent transparency and airtightness. Accordingly, various studies are being conducted to commercialize graphene, but the research using graphene introduced to date has limitations in commercialization due to the following research.

첫번째, 우수한 전기적/화학적/기계적으로 우수한 물성을 가지는 그래핀을 이용하는데 가장 큰 문제는 고품질의 그래핀을 경제적으로 대면적화하는 것이다. 일반적으로 대면적의 모재, 특히 유연성을 가진 OLED 박막공정이나 기능성 직물의 플라즈마 처리 등은 Roll-to-roll 방식을 이용하는 것이 매우 효율적이다. 이러한 Roll-to-roll 방식은 모재의 일단으로부터 타단까지 스캐닝하는 방식으로 처리하기 때문에, 상기 모재의 전부를 커버할 수 있는 크기의 플라즈마원을 요구하나, 종래기술에 따른 마이크로웨이브 플라즈마원의 경우에는 그 길이 또는 지름이 마이크로웨이브의 파장 크기 내외로 제한되어 일정 크기 이상의 모재를 처리하는 데에는 한계가 있다. First, the biggest problem in using graphene, which has excellent electrical, chemical, and mechanical properties, is to economically expand high-quality graphene to a large area. In general, it is very efficient to use the roll-to-roll method for large-area base materials, especially flexible OLED thin film processing or plasma treatment of functional fabrics. Since this roll-to-roll method is processed by scanning from one end of the base material to the other end, it requires a plasma source large enough to cover the entire base material. However, in the case of a microwave plasma source according to the prior art, The length or diameter is limited to around the wavelength of the microwave, so there is a limit to processing base materials over a certain size.

이와 같은 문제를 극복하기 위한 노력의 일환으로 ECR 공명(Electron Cyclotron Resonance)을 이용한 연구가 소개되었으나, ECR 플라즈마가 전자기파 입사창과 가까워서 ECR 공명 영역 부근의 높은 에너지를 가진 전자가 전자기파 입사창과 잦은 충돌을 하게되고, 이는 전자기파 입사창을 손상시켜 플라즈마원의 내구성을 저해하는 문제가 있었다. 또한, 트랙 형상의 타원형으로 형성되는 전자기파를 이용한 플라즈마원은 전자기파 입사창 및 영구자석이 ECR 플라즈마에 근접하여 배치되므로 ECR 플라즈마에 의한 열화 현상 등으로 인한 손상을 방지할 필요가 있으며, 이를 위해 상기 전자기파 입사창 및 상기 영구자석의 효율적인 냉각구조가 요구되나 이에 대한 개선은, 연구개발의 난이도 등으로 인해 현재까지 전무한 실정이다.As part of an effort to overcome this problem, research using ECR resonance (Electron Cyclotron Resonance) was introduced, but since ECR plasma is close to the electromagnetic wave incident window, high-energy electrons near the ECR resonance area frequently collide with the electromagnetic wave incident window. This had the problem of damaging the electromagnetic wave incident window and impairing the durability of the plasma source. In addition, the plasma source using electromagnetic waves, which is formed in an oval track shape, has an electromagnetic wave incident window and a permanent magnet placed close to the ECR plasma, so it is necessary to prevent damage due to deterioration phenomenon caused by ECR plasma, and for this purpose, the electromagnetic wave incident window and permanent magnet are placed close to the ECR plasma. An efficient cooling structure for the incident window and the permanent magnet is required, but there has been no improvement to date due to the difficulty of research and development.

두번째, 가사 상술한 문제들을 모두 극복하고 플라즈마를 이용한 고품질 그래핀의 대면적 코팅 기술이 가능하다고 가정하더라도, 이를 상용화하기 위해서는 공정의 단순화와 설계 조건의 최적화가 필요한 문제가 있다.Second, even if it is assumed that all of the above-mentioned problems can be overcome and large-area coating technology of high-quality graphene using plasma is possible, there are problems that require simplification of the process and optimization of design conditions to commercialize it.

즉, 종래 그래핀 코팅 기술을 플라즈마 기술과 접목한다 하더라도 다수의 챔버의 이송을 통한 복잡한 합성 공정, 박막 코팅 공정이 필수적으로 요구된다. 대면적 그래핀에 대응하는 부피를 가지는 플라즈마 챔버를 추가적으로 설치하고 운영하고, 또 이에 부수하는 고온, 고압의 조건이 더하는 것은 상용화를 가로막는 장애가 되고 있으며 또한, 고밀도의 3차원 그래핀 나노 구조체를 안정적이며 대면적으로 합성 및 코팅이 가능하도록 하는 설계 기술은 종래 다른 물질의 제조 공정에서 차용할 수 없는 고도의 난이도를 요하는 기술이기 때문에, 고밀도/고품질/대면적의 그래핀을 코팅하면서도 공정비용과 시간을 단축하는데 여전히 제한이 있다.In other words, even if conventional graphene coating technology is combined with plasma technology, a complex synthesis process and thin film coating process through transfer of multiple chambers are essential. The additional installation and operation of a plasma chamber with a volume corresponding to large-area graphene, and the accompanying high temperature and high pressure conditions, are obstacles to commercialization, and it is also an obstacle to the commercialization of high-density three-dimensional graphene nanostructures in a stable and stable manner. Because the design technology that enables large-area synthesis and coating is a technology that requires a high level of difficulty that cannot be borrowed from the manufacturing process of other materials, the process cost and time are high while coating high-density/high-quality/large-area graphene. There are still limitations in shortening .

이에 따라, 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치에 관한 것으로 안정적으로 균일한 고밀도, 대면적의 플라즈마를 생성할 수 있어서 전기적/기계적 물성이 현격히 향상된 3차원 형상의 그래핀 나노 구조체를 제조할 수 있고, 단일챔버에서 합성과 코팅이 가능하여 공정 단순화와 경제성을 크게 제고할 수 있는 최적화된 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치 및 이를 이용한 코팅 방법, 그리고 이를 통해 제조한 3차원 그래핀 나노 구조체에 관한 발명을 완성하였다.Accordingly, the three-dimensional graphene nanostructure coating device is capable of generating a stable, uniform, high-density, large-area plasma, thereby manufacturing a three-dimensional graphene nanostructure with significantly improved electrical and mechanical properties, The invention relates to an optimized three-dimensional graphene nanostructure coating device that can be synthesized and coated in a single chamber, greatly improving process simplification and economic efficiency, a coating method using the same, and a three-dimensional graphene nanostructure manufactured through the same. Completed.

대한민국 등록특허 1797182 (2017.11.07) Republic of Korea registered patent 1797182 (2017.11.07) 

본 발명은 상술한 문제를 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전기적/화학적/기계적으로 우수한 물성을 가지는 그래핀의 내재적인 물성을 최대로 이용할 수 있도록 고품질의 3차원 그래핀 나노 구조체를 고밀도/대면적으로 제조할 수 있는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치를 제공하는 것이다.The present invention was created to overcome the above-mentioned problems, and the problem to be solved by the present invention is to provide high-quality three-dimensional graphene so that the inherent properties of graphene, which has excellent electrical, chemical, and mechanical properties, can be utilized to the maximum. The aim is to provide a three-dimensional graphene nanostructure coating device that can manufacture nanostructures at high density/large area.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 대면적 3차원 그래핀 나노 구조체를 코팅하기 위해 ECR 공명(Electron Cyclotron Resonance)을 이용하되, 경제성이 우수하고 내구성을 갖춘 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치를 제공하는 것이다.In addition, another problem that the present invention aims to solve is to use ECR resonance (Electron Cyclotron Resonance) to coat large-area three-dimensional graphene nanostructures, and to provide a three-dimensional graphene nanostructure coating device that is economically efficient and durable. It is provided.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 단일 챔버 내에서 플라즈마 전처리, 이송, 합성, 코팅 및 회수까지 동시에 수행함으로써 제조과정의 용이성과 공정 단순화를 꾀할 수 있으며, 이를 통해 경제성과 다양한 산업군으로의 활용도를 모두 제고할 수 있는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치, 이를 이용한 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 방법과 이를 통해 제조한 3차원 그래핀 나노 구조체를 제공하는 것이다.In addition, another problem that the present invention aims to solve is to facilitate and simplify the manufacturing process by simultaneously performing plasma pretreatment, transfer, synthesis, coating, and recovery in a single chamber. This allows for economic efficiency and simplification of the manufacturing process. The aim is to provide a 3D graphene nanostructure coating device that can improve all usability, a 3D graphene nanostructure coating method using the same, and a 3D graphene nanostructure manufactured through the same.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 금속박막 상에 3차원 그래핀 나노 구조체를 대면적으로 코팅할 수 있는 코팅 장치로서, 상기 금속박막을 이송 및 회수하는 롤투롤부를 포함하는 진공 프로세스 챔버, 상기 진공 프로세스 챔버의 일단과 결합된 플라즈마 소스부를 포함하며, 상기 진공 프로세스 챔버에서 3차원 그래핀 나노 구조체 합성 및 코팅이 수행되는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치를 제공한다.The present invention is a coating device capable of coating a large area of a three-dimensional graphene nanostructure on a metal thin film in order to solve the above-mentioned problems, comprising: a vacuum process chamber including a roll-to-roll unit for transporting and recovering the metal thin film; A three-dimensional graphene nanostructure coating device is provided, including a plasma source unit coupled to one end of a vacuum process chamber, wherein three-dimensional graphene nanostructure synthesis and coating are performed in the vacuum process chamber.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 하나의 진공 프로세스 챔버에서 금속박막의 이송과 수소 플라즈마 전처리, 3차원 그래핀 나노 구조체의 합성 및 코팅, 그리고 금속박막의 회수가 동시에 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the transfer of the metal thin film, hydrogen plasma pretreatment, synthesis and coating of the three-dimensional graphene nanostructure, and recovery of the metal thin film can be performed simultaneously in one vacuum process chamber. there is.

또한, 상기 플라즈마 소스부는, 내측면에 복수 개의 슬롯을 포함하는 환형 또는 타원형의 중심 도파관; 상기 중심 도파관으로 전자기파를 전달하는 전자기파 전달 수단; 상기 전자기파 전달 수단에 전자기파를 전달하는 전자기파 공급부; 및 상기 중심 도파관 내부와 밀폐하도록, 상기 슬롯의 출구측에 위치하고, 상기 슬롯을 통해 유입된 전자기파가 외부로 방사될 수 있는, 전자기파 입사창이 형성된 플라즈마 챔버를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Additionally, the plasma source unit may include an annular or oval-shaped central waveguide including a plurality of slots on an inner surface; Electromagnetic wave transmission means for transmitting electromagnetic waves to the central waveguide; an electromagnetic wave supply unit that transmits electromagnetic waves to the electromagnetic wave transmission means; and a plasma chamber located on an outlet side of the slot to seal the inside of the central waveguide and having an electromagnetic wave incident window through which electromagnetic waves introduced through the slot can be radiated to the outside.

또한, 진공 프로세스 챔버는, 진공 프로세스 챔버에 반응가스가 유입되며, 상기 반응가스는 수소 및 메탄가스가 1:0.1 ~ 1의 유량비를 가지는 것을 을 특징으로 할 수 있다.Additionally, the vacuum process chamber may be characterized in that a reaction gas is introduced into the vacuum process chamber, and the reaction gas has a flow rate ratio of hydrogen and methane gas of 1:0.1 to 1.

또한, 진공 프로세스 챔버는 면형히터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Additionally, the vacuum process chamber may further include a planar heater.

또한, 롤투롤부는 제1롤부 및 제2롤부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.Additionally, the roll-to-roll part may be characterized as including a first roll part and a second roll part.

또한, 상기 전자기파 전달 수단은 상기 중심 도파관의 일 측에 설치되며 상기 전자기파 공급부의 전자기파를 상기 중심 도파관 내로 전달하는 튜너이며, 상기 중심 도파관과 상기 튜너 사이에는, 양단이 상기 중심 도파관과 상기 튜너에 각각 직접적으로 연결되는 전달 도파관이 설치되어, 상기 전자기파 공급부로부터의 전자기파가 상기 전달 도파관을 통해 상기 중심 도파관에 전달되며, 상기 전자기파 공급부의 도파관은 상기 중심 도파관의 일 측에 접선을 이루도록 배치되며, 상기 전자기파 전달 수단은 상기 접선에 수직하게 상기 중심 도파관과 상기 전자기파 공급부의 도파관을 관통한 봉형태의 도전체이며, 상기 중심 도파관은 제1 직선형 직각도파관, 상기 제1 직선형 직각도파관에 평행한 제2 직선형 직각도파관, 일측에서 상기 제1 및 제2 직선형 직각도파관의 단부를 전자기파 소통가능하게 연결하는 제1 곡선형 직각도파관 및 타측에서 상기 제1 및 제2 직선형 직각도파관의 단부를 전자기파 소통가능하게 연결하는 제2 곡선형 직각도파관을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the electromagnetic wave transmitting means is a tuner installed on one side of the central waveguide and transmitting electromagnetic waves from the electromagnetic wave supply unit into the central waveguide, and between the central waveguide and the tuner, both ends are connected to the central waveguide and the tuner, respectively. A directly connected transmission waveguide is installed, so that electromagnetic waves from the electromagnetic wave supply unit are transmitted to the center waveguide through the transmission waveguide, and the waveguide of the electromagnetic wave supply unit is arranged to form a tangent to one side of the center waveguide, and the electromagnetic wave The transmission means is a rod-shaped conductor that penetrates the center waveguide and the waveguide of the electromagnetic wave supply unit perpendicular to the tangent line, and the center waveguide includes a first straight right-angle waveguide and a second straight right-angle parallel to the first straight right-angle waveguide. A waveguide, a first curved right-angle waveguide connecting the ends of the first and second straight right-angle waveguides on one side to enable electromagnetic wave communication, and a second curved right-angle waveguide connecting the ends of the first and second straight right-angle waveguides on the other side to enable electromagnetic wave communication. 2 It may be characterized as including a curved right-angle waveguide.

또한, 상기 직선형 및 상기 곡선형 직각도파관은 TE 모드이고, 상기 직선형 및 곡선형 직각도파관 내 전기장에 수직한 두 면 중 한 면이 내측을 향하도록 세워져 있고, 상기 슬롯은 상기 직선형 직각도파관의 내측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the straight and curved right-angle waveguides are in TE mode, one of the two sides perpendicular to the electric field in the straight and curved right-angle waveguides is erected to face inward, and the slot is located on the inner side of the straight right-angle waveguide. It can be characterized as being formed in .

또한, 상기 직선형 직각도파관은 WR430이고, 상기 곡선형 직각도파관은 WR284인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the straight right-angle waveguide may be WR430, and the curved right-angle waveguide may be WR284.

또한, 상기 슬롯은 상기 중심 도파관의 전자파 순환 방향에 수직하게 직립된 슬롯이며, 상기 중심 도파관의 내측면과 상기 전자기파 입사창 사이에 위치하고, 상기 슬롯 사이에서 배치된 자석 유닛을 포함하고, 상기 전자기파 입사창은 상기 자석 유닛들이 형성한 간격을 밀폐하도록 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the slot is a slot erected perpendicular to the electromagnetic wave circulation direction of the center waveguide, is located between the inner surface of the center waveguide and the electromagnetic wave incident window, and includes a magnet unit disposed between the slots, and the electromagnetic wave is incident. The window may be installed to seal the gap formed by the magnetic units.

또한, 상기 자석 유닛은 상기 중심 도파관에서 토로이달 구조의 자기장을 형성하도록, 상기 슬롯 방향에 평행하게 위아래로 한 쌍이 배치되며, 상기 한 쌍의 자석 유닛이 이루는 착자 방향은 상기 슬롯 방향과 평행함을 특징으로 할 수 있다.In addition, the magnet units are arranged in pairs up and down parallel to the slot direction to form a toroidal magnetic field in the central waveguide, and the magnetization direction formed by the pair of magnet units is parallel to the slot direction. It can be characterized.

또한, 상기 자석 유닛은 상기 슬롯 방향에 수직하게 좌우로 한 쌍이 배치되며, 상기 한 쌍의 자석 유닛이 이루는 착자 방향은 상기 슬롯 방향과 수직하고, 상기 한 쌍의 자석 유닛이 형성하는 자기장은 상기 슬롯을 가로지르는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the magnet units are arranged in pairs to the left and right perpendicular to the slot direction, the magnetization direction formed by the pair of magnet units is perpendicular to the slot direction, and the magnetic field formed by the pair of magnet units is positioned in the slot. It can be characterized as crossing.

또한, 유로의 말단에 유체소통 연결되는 관통하지 않은 한 쌍의 수직 홀 및 상기 한 쌍의 수직 홀을 상기 하부 고정 플레이트 내에서 유체 소통 연결하는 상기 자석 유닛을 가로지르는 가로 유로를 포함하고,In addition, it includes a pair of non-penetrating vertical holes fluidly connected to the ends of the flow path and a horizontal flow path crossing the magnet unit fluidly connecting the pair of vertical holes within the lower fixing plate,

상기 상부 고정 플레이트는 상기 요크의 한 쌍의 냉각 유로 중 하나와 인접한 상기 요크의 냉각 유로의 말단에 유체소통 연결되는 관통하지 않은 한 쌍의 수직 홀 및 상기 한 쌍의 수직 홀을 상기 상부 고정 플레이트 내에서 유체 소통 연결하는 상기 슬롯을 가로지르는 가로 유로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The upper fixing plate has a pair of non-penetrating vertical holes fluidly connected to one of the pair of cooling conduits of the yoke and an end of the cooling conduit of the adjacent yoke, and the pair of vertical holes in the upper fixing plate. It may be characterized by comprising a horizontal flow path across the slot connecting fluid communication.

또한, 상기 한 쌍의 자석 유닛을 둘러싸는, 상기 슬롯 사이에 배치되고, 두 측벽 내에는 상기 슬롯에 평행하게 수직 관통한 한 쌍의 냉각 유로를 포함하는 요크; 상기 중심 도파관의 내측에 위치하고, 상기 중심 도파관의 진행 방향에 따른, 상기 요크의 상면 및 하면을 덮도록 배치된, 환형 또는 타원형 상부 고정 플레이트와 환형 또는 타원형 하부 고정 플레이트; 상기 하부 고정 플레이트를 관통하는 관통홀을 통해 상기 한 쌍의 냉각 유로 중 하나로 냉각수가 공급되는 유입구; 및 상기 하부 고정 플레이트를 관통하는 관통홀로 상기 한 쌍의 냉각 유로 중 하나로부터 냉각수가 배출되는 배출구를 포함하고, 상기 유입구와 배출구 사이에 요크를 포함한 하나 이상의 자석 유닛을 포함하며, 상기 상부 고정 플레이트는 상기 요크의 두 측벽 내에 형성된 한 쌍의 냉각 유로의 말단에 유체소통 연결되는 관통하지 않은 한 쌍의 수직 홀 및 상기 한 쌍의 수직 홀을 상기 상부 고정 플레이트 내에서 유체 소통 연결하는 상기 자석 유닛을 가로지르는 가로 유로를 포함하고, 상기 하부 고정 플레이트는 상기 요크의 한 쌍의 냉각 유로 중 하나와 인접한 상기 요크의 냉각 유로의 말단에 유체소통 연결되는 관통하지 않은 한 쌍의 수직 홀 및 상기 한 쌍의 수직 홀을 상기 하부 고정 플레이트 내에서 유체 소통 연결하는 상기 슬롯을 가로지르는 가로 유로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, a yoke surrounding the pair of magnet units, disposed between the slots, and including a pair of cooling passages vertically penetrating parallel to the slots within two side walls; a ring-shaped or oval-shaped upper fixing plate and a ring-shaped or oval-shaped lower fixing plate located inside the center waveguide and arranged to cover the upper and lower surfaces of the yoke along the traveling direction of the center waveguide; an inlet through which coolant is supplied to one of the pair of cooling passages through a through hole penetrating the lower fixing plate; and an outlet through which coolant is discharged from one of the pair of cooling passages through a through hole penetrating the lower fixing plate, and one or more magnet units including a yoke between the inlet and the outlet, wherein the upper fixing plate A pair of non-penetrating vertical holes fluidly connected to the ends of a pair of cooling channels formed in the two side walls of the yoke, and the magnet unit fluidly connecting the pair of vertical holes within the upper fixing plate are horizontally connected. It includes a horizontal flow path running through the lower fixed plate, a pair of non-penetrating vertical holes fluidly connected to an end of the cooling flow path of the yoke adjacent to one of the pair of cooling flow paths of the yoke, and the pair of vertical holes. It may be characterized by including a horizontal flow path crossing the slot connecting the hole to fluid communication within the lower fixing plate.

또한, 상기 상부 또는 하부 고정 플레이트는, 외측에 위치하는 덮개층과 내측에 위치하는 유로층의 적층 구조이며, 상기 상부 또는 하부 고정 플레이트의 수직 홀은 상기 유로층에 형성된 관통홀이며, 상기 상부 고정 플레이트의 가로 유로는 상기 유로층의 상기 덮개층과 마주하는 표면에 형성된 가로 홈인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the upper or lower fixing plate has a laminated structure of a cover layer located on the outside and a flow path layer located on the inside, and the vertical hole of the upper or lower fixing plate is a through hole formed in the flow path layer, and the upper fixing plate The horizontal flow path of the plate may be characterized as a horizontal groove formed on the surface of the flow path layer facing the cover layer.

또한, 상기 상부 또는 하부 고정 플레이트는, 외측에 위치하는 덮개층과 내측에 위치하는 유로층의 적층 구조이며, 상기 상부 또는 하부 고정 플레이트의 수직 홀은 상기 유로층에 형성된 관통홀이며, 상기 상부 고정 플레이트의 가로 유로는 상기 유로층의 상기 덮개층과 마주하는 표면에 형성된 가로 홈인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the upper or lower fixing plate has a laminated structure of a cover layer located on the outside and a flow path layer located on the inside, and the vertical hole of the upper or lower fixing plate is a through hole formed in the flow path layer, and the upper fixing plate The horizontal flow path of the plate may be characterized as a horizontal groove formed on the surface of the flow path layer facing the cover layer.

또한, 본 발명은 롤투롤부의 제1롤부를 통해 공급된 금속박막이 진공 프로세스 챔버 내에서 수소 플라즈마 전처리되는 제1단계, 상기 금속박막에 3차원 그래핀 나노 구조체가 합성 및 코팅되는 제2단계 및 3차원 그래핀 나노 구조체가 합성 및 코팅된 금속 박막을 진공 프로세스 챔버 내에서 롤투롤부의 제2롤부를 통해 회수하는 제3단계를 포함하는 3차원 그래핀 나노 구조체의 코팅방법을 제공한다.In addition, the present invention includes a first step in which the metal thin film supplied through the first roll part of the roll-to-roll part is pretreated with hydrogen plasma in a vacuum process chamber, a second step in which a three-dimensional graphene nanostructure is synthesized and coated on the metal thin film, and A method for coating a three-dimensional graphene nano structure is provided, which includes a third step of recovering the metal thin film on which the three-dimensional graphene nano structure is synthesized and coated through the second roll part of the roll-to-roll part in a vacuum process chamber.

또한, 본 발명의 일 ?嚥뮈? 의하면 상기 진공 프로세스 챔버에 수소 및 메탄가스를 포함하는 반응가스가 유입되며, 상기 수소 및 메탄가스는 1:0.1 ~ 1의 유량비로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, what is the purpose of the present invention? According to this, a reaction gas containing hydrogen and methane gas is introduced into the vacuum process chamber, and the hydrogen and methane gas may be introduced at a flow rate ratio of 1:0.1 to 1.

또한, 상기 진공 프로세스 챔버는 1 ~ 3 mTorr의 공정압력을 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.Additionally, the vacuum process chamber may maintain a process pressure of 1 to 3 mTorr.

또한, 상기 제2단계는 1 ~ 60분간 합성하는 단계인 것을 특징으로 특징으로 할 수 있다.Additionally, the second step may be characterized as a synthesis step for 1 to 60 minutes.

또한, 본 발명은 금속박막 및 상기 제18항 내지 제22항에 따른 3차원 그래핀 나노 구조체의 코팅방법에 따라 제조되며, specific capacitance가 2.0 F/cm2이상인 3차원 그래핀 나노 구조체를 제공한다.In addition, the present invention provides a three-dimensional graphene nanostructure that is manufactured by coating a metal thin film and a three-dimensional graphene nanostructure according to claims 18 to 22, and has a specific capacitance of 2.0 F/cm 2 or more. .

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 기공의 크기가 10 ~ 300 nm일 수 있다.Additionally, according to one embodiment of the present invention, the pore size may be 10 to 300 nm.

본 발명에 따르면 경제성이 우수하고 내구성을 갖춘 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치를 이용하여 전기적/화학적/기계적으로 우수한 물성을 가지는 그래핀의 내재적인 물성을 최대로 이용할 수 있도록 고품질의 3차원 그래핀 나노 구조체를 대면적으로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치는 단일 챔버 내에서 수소 플라즈마 전처리, 이송, 합성, 코팅 및 회수까지 동시에 수행함으로써 제조과정의 용이성과 공정 단순화를 꾀할 수 있으며, 이를 통해 경제성과 다양한 산업군으로의 활용도를 현격히 제고시킬 수 있다.According to the present invention, high-quality three-dimensional graphene can be made to maximize the inherent properties of graphene, which has excellent electrical, chemical, and mechanical properties, using a highly economical and durable three-dimensional graphene nanostructure coating device. Nanostructures can be manufactured in large areas. In addition, the three-dimensional graphene nanostructure coating device according to the present invention can facilitate and simplify the manufacturing process by simultaneously performing hydrogen plasma pretreatment, transfer, synthesis, coating, and recovery within a single chamber, thereby improving economic efficiency. Its usability in various industries can be significantly improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치가 분해된 모습을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치가 결합된 모습을 나타내는 투영도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 유량을 달리하여 제조한 3차원 그래핀 나노 구조체의 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 합성 시간을 달리하여 제조한 3차원 그래핀 나노 구조체 SEM 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 합성 시간을 달리하여 제조한 3차원 그래핀 나노 구조체의 Raman 측정 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 유량을 달리하여 제조한 3차원 그래핀 나노 구조체의 Capacitance 측정 결과
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 그래핀 합성 공정 압력대별 플라즈마 발생 테스트를 진행한 결과를 나타내는 이미지이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 도 1의 A-A'선 단면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 중심 도파관 및 플라즈마 챔버의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 1에 도시된 직선구간 요크의 모습을 도시하는 도면이다.
도 13는 도 1에 도시된 자석 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부의 전자기파의 전송 및 플라즈마 생성 모습을 나타내는 단면도이다.
도 15은 자석 유닛 배치에 대한 실시예의 3차원 자기장 전산모사 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 자석 유닛 배치에 대한 실시예의 슬롯 방향으로 이격 배치된 한 쌍의 자석 유닛의 중심에서의 875G 등치선 형성 모습 및 슬롯과 슬롯 사이에서의 875G 등치선 형성 모습을 나타내는 도면이다.
도 17는 영구자석 배치에 대한 실시예의 슬롯 위치 및 위아래 한 쌍의 영구자석 위치에서의 자기장의 Radial profiles을 나타내는 도면이다.
도 18은 자석 유닛 배치에 대한 비교예의 3차원 자기장 전산모사 결과를 나타내는 도면이다.
도 19은 자석 유닛 배치에 대한 비교예의 슬롯 방향으로 이격 배치된 한 쌍의 자석 유닛의 중심에서의 875G 등치선 형성 모습 및 슬롯과 슬롯 사이에서의 875G 등치선 형성 모습을 나타내는 도면이다.
도 20는 자석 유닛 배치에 대한 비교예의 슬롯 위치 및 위아래 한 쌍의 자석 유닛 위치에서의 자기장의 Radial profiles을 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부의 전자기파 전달 수단의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부의 슬롯 위치에서의 냉각구조를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 23는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부의 곡선 구간에서의 냉각구조를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a schematic diagram showing an exploded view of a three-dimensional graphene nanostructure coating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram of a three-dimensional graphene nanostructure coating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a projection diagram showing a combined state of a three-dimensional graphene nanostructure coating device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an SEM image of a three-dimensional graphene nanostructure manufactured at different flow rates according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an SEM image of a three-dimensional graphene nanostructure manufactured at different synthesis times according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows the Raman measurement results of a three-dimensional graphene nanostructure manufactured at different synthesis times according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows the capacitance measurement results of a three-dimensional graphene nanostructure manufactured by varying the flow rate according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is an image showing the results of a plasma generation test for each pressure zone in the 3D graphene synthesis process according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a plasma source unit using a resonance waveguide according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1.
FIG. 11 is a perspective view showing the central waveguide and plasma chamber shown in FIG. 1.
FIG. 12 is a diagram showing the appearance of the straight section yoke shown in FIG. 1.
FIG. 13 is a diagram for explaining the magnet unit shown in FIG. 1.
Figure 14 is a cross-sectional view showing the transmission of electromagnetic waves and the generation of plasma in the plasma source unit by a resonance waveguide according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 is a diagram showing the results of a three-dimensional magnetic field computer simulation of an embodiment of the magnet unit arrangement.
Figure 16 is a diagram showing the formation of the 875G isoline at the center of a pair of magnet units spaced apart in the slot direction and the formation of the 875G isoline between slots in an embodiment of the magnet unit arrangement.
Figure 17 is a diagram showing the radial profiles of the magnetic field at the slot location and a pair of upper and lower permanent magnet locations in an embodiment of the permanent magnet arrangement.
Figure 18 is a diagram showing the results of 3D magnetic field computer simulation of a comparative example for the arrangement of magnet units.
Figure 19 is a diagram showing the formation of the 875G isoline at the center of a pair of magnet units spaced apart in the slot direction and the formation of the 875G isoline between slots in a comparative example of magnet unit arrangement.
Figure 20 is a diagram showing the radial profiles of the magnetic field at the slot position and a pair of upper and lower magnet unit positions in a comparative example of magnet unit arrangement.
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of an electromagnetic wave transmission means of a plasma source unit using a resonance waveguide according to an embodiment of the present invention.
Figure 22 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the cooling structure at the slot position of the plasma source unit by the resonance waveguide according to an embodiment of the present invention.
Figure 23 is a partially enlarged cross-sectional view to explain the cooling structure in the curved section of the plasma source unit by the resonance waveguide according to an embodiment of the present invention.
Figure 24 is a diagram for explaining a plasma source unit using a resonance waveguide according to another embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

상술한 것과 같이 최근 다양한 산업군에서 그래핀의 우수한 물성을 이용하고자 하는 수요가 계속되고 있으나, 연구개발의 난이도, 공정 비용 및 설계 최적화, 안정성과 대면적화 등의 이슈로 인해 그래핀을 이용한 3차원 나노 구조체의 합성 및 금속박막에 대한 코팅장치에 대한 연구가 시급한 실정이다.As mentioned above, there has been a continued demand to utilize the excellent properties of graphene in various industries recently, but due to issues such as difficulty in research and development, process cost and design optimization, stability and large area, 3D nanotechnology using graphene has been developed. Research on structure synthesis and coating devices for metal thin films is urgently needed.

이에 본 발명은 금속박막 상에 3차원 그래핀 나노 구조체를 대면적으로 코팅할 수 있는 코팅 장치로서, 금속박막을 이송 및 회수하는 롤투롤부를 포함하는 진공 프로세스 챔버, 상기 진공 프로세스 챔버의 일단과 결합된 플라즈마 소스부를 포함하며, 상기 진공 프로세스 챔버에서 3차원 그래핀 나노 구조체 합성 및 코팅이 수행되는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치를 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다.Accordingly, the present invention is a coating device capable of coating a large area of a three-dimensional graphene nanostructure on a metal thin film, comprising a vacuum process chamber including a roll-to-roll part for transporting and recovering the metal thin film, and coupled to one end of the vacuum process chamber. A solution to the above-described problem was sought by providing a 3D graphene nanostructure coating device that includes a plasma source unit and performs 3D graphene nanostructure synthesis and coating in the vacuum process chamber.

이를 통해 안정적으로 균일한 고밀도, 대면적의 플라즈마를 생성할 수 있어서 전기적/기계적 물성이 현격히 향상된 3차원 형상의 그래핀 나노 구조체를 제조할 수 있고, 단일챔버에서 전처리, 이송, 합성과 코팅이 가능하여 공정 단순화와 경제성을 크게 제고할 수 있다.Through this, it is possible to generate stable, uniform, high-density, large-area plasma, making it possible to manufacture three-dimensional graphene nanostructures with significantly improved electrical and mechanical properties, and preprocessing, transfer, synthesis, and coating in a single chamber. This can greatly improve process simplification and economic efficiency.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

본 발명에 따른 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치는 플라즈마 소스부(100) 및 금속 박막을 이송 및 회수하는 롤투롤부(200)가 내부에 포함되는 진공 프로세스 챔버(300)를 포함한다. The three-dimensional graphene nanostructure coating device according to the present invention includes a vacuum process chamber 300 including a plasma source unit 100 and a roll-to-roll unit 200 for transporting and recovering a metal thin film.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치가 분해된 모습을 나타내는 개략도이며, 상기 진공 프로세스 챔버(300)의 일단은 상기 플라즈마 소스부(100)와 결합하고, 상기 진공 프로세스 챔버(300)의 타단은 상기 롤투롤부(200)에 결합되어, 상기 플라즈마 소스부(100)에서 발생한 플라즈마에 의해 상기 금속 박막에 3차원 그래핀 나노 구조체 합성 및 코팅이 수행된다.Figure 1 is a schematic diagram showing an exploded view of a three-dimensional graphene nanostructure coating device according to an embodiment of the present invention, where one end of the vacuum process chamber 300 is coupled to the plasma source unit 100, and the The other end of the vacuum process chamber 300 is coupled to the roll-to-roll unit 200, and three-dimensional graphene nanostructure synthesis and coating are performed on the metal thin film by plasma generated from the plasma source unit 100.

일반적인 그래핀 합성 장치는 그래핀 합성을 위한 합성부에 금속부재 공급을 위한 롤러, 그래핀 합성부 그리고 그래핀 회수를 위한 롤러 등을 필수 구성으로 하며 이들이 분리된 채 다수의 챔버에서 수직 또는 수평으로 공정이 진행된다. 또한, 고품질의 그래핀을 얻기 위해서 수소 플라즈마 전처리를 수행할 수 있는데 이 경우 수소 플라즈마 설비가 추가되어야 하며, 이 경우 대면적 그래핀을 코팅하기 위해서는 각 장치뿐만 아니라 수소 플라즈마 설비 또한 대면적에 대응하도록 이를 수용할 수 있는 부피로 설계가 되어야 해서 공정 운용 면에서 불리하며, 안정적이고 균일한 플라즈마 공급이 어려워 고밀도의 그래핀 합성이 어려운 문제가 있다. 나아가 목적하는 만큼의 대면적 그래핀 제조 면에서도 기계적/전기적 물성의 균일성을 담보할 수 없는 문제가 있다. A typical graphene synthesis device essentially consists of a roller for supplying metal members to a synthesis unit for graphene synthesis, a graphene synthesis unit, and a roller for graphene recovery, and these are separated and placed vertically or horizontally in multiple chambers. The process proceeds. In addition, hydrogen plasma pretreatment can be performed to obtain high-quality graphene, but in this case, hydrogen plasma equipment must be added. In this case, in order to coat large-area graphene, not only each device but also the hydrogen plasma equipment must be used to cover a large area. It has to be designed with a volume that can accommodate this, which is disadvantageous in terms of process operation, and it is difficult to synthesize high-density graphene because it is difficult to supply stable and uniform plasma. Furthermore, there is a problem in that uniformity of mechanical/electrical properties cannot be guaranteed even in the manufacture of large-area graphene as desired.

이에 본 발명은 도 2의 개념도와 같이 별도의 챔버도 없이 단일 챔버에서 그래핀의 합성 및 코팅을 위한 수소 플라즈마 전처리와, 금속 박막의 이송 및 회수, 그리고 그래핀의 합성과 코팅이 가능하여 상술한 문제를 극복함과 동시에 장치의 중량과 부피를 큰 폭으로 줄임으로써 이의 활용도를 크게 제고할 수 있다.Accordingly, the present invention enables hydrogen plasma pretreatment for synthesis and coating of graphene, transport and recovery of metal thin films, and synthesis and coating of graphene in a single chamber without a separate chamber, as shown in the conceptual diagram of FIG. 2. By overcoming the problem and at the same time greatly reducing the weight and volume of the device, its usability can be greatly improved.

보다 구체적으로 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치는 진공 프로세스 챔버(300) 내에서 제1롤부(210)를 통해 금속박막이 이송되면 진공 프로세스 챔버(300) 하부의 플라즈마 소스부(100)에서 발생한 수소 플라즈마에 의하여 전처리가 수행될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따를 때, 상기 금속박막은 1롤부(210)에서 롤 형태로 장착되며 servo 모터와 연결되는 rewinder에 의하여 이송될 수 있다.More specifically, referring to FIG. 3, the three-dimensional graphene nanostructure coating device according to an embodiment of the present invention is a vacuum process chamber when a metal thin film is transferred through the first roll unit 210 in the vacuum process chamber 300. (300) Pretreatment may be performed by hydrogen plasma generated from the lower plasma source unit 100. According to a preferred embodiment of the present invention, the metal thin film is mounted in roll form on the first roll unit 210 and can be transported by a rewinder connected to a servo motor.

상기 수소 플라즈마에 의한 전처리는 그래핀이 합성될 금속박막 상에 불순물을 제거하고 금속박막의 조직을 치밀하게 하며, 조직의 크기를 성장시키기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 플라즈마 공정에 의해 제거된 불순물의 이동을 방지하기 위하여 격벽을 설치할 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 것과 같이 상기 플라즈마 소스부(100)는 진공 프로세스 챔버(300) 하부에 위치하게 되며, 별도의 챔버에 위치하지 않는다. The pretreatment using hydrogen plasma can be used to remove impurities on the metal thin film on which graphene will be synthesized, to make the structure of the metal thin film dense, and to grow the size of the structure. In this case, a partition wall may be installed to prevent movement of impurities removed by the plasma process. At this time, as shown in FIG. 3, the plasma source unit 100 is located below the vacuum process chamber 300 and is not located in a separate chamber.

이후 본 발명은 상기 진공 프로세스 챔버(300) 내에서 전처리된 금속박막의 표면에 그래핀을 합성과 동시에 코팅시킬 수 있다. 상기 그래핀의 합성을 위한 방법으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 열 화학기상증착법(thermal chemical vapor deposition; T-CVD), 급속 열처리 화학기상증착법(rapid thermal chemical vapor deposition; RTCVD), 플라즈마 화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 유도전류플라즈마 화학기상증착법(inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition; ICPCVD), 유기금속 화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition; MOCVD), 저압화학증기증착(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD), 상압화학증기증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD) 또는 Laser heating 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Thereafter, in the present invention, graphene can be synthesized and coated on the surface of the metal thin film pretreated in the vacuum process chamber 300 at the same time. As a method for synthesizing graphene, any chemical vapor deposition method commonly used in the art can be used without limitation, for example, thermal chemical vapor deposition (T-CVD). , rapid thermal chemical vapor deposition (RTCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition (ICPCVD), organic metal Chemical vapor deposition (MOCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), or laser heating can be used. It is not limited.

상기 그래핀의 합성과 코팅은 진공 프로세스 챔버(300) 내에서 가스 노즐(미도시)을 통하여 탄소 소스를 포함하는 반응 가스가 주입되어, 상기 그래핀 합성부에서 상기 금속박막 표면에 화학기상증착법에 의하여 그래핀이 합성되어 코팅되는 것일 수 있다. The synthesis and coating of the graphene is performed by injecting a reaction gas containing a carbon source through a gas nozzle (not shown) in the vacuum process chamber 300, and applying chemical vapor deposition to the surface of the metal thin film in the graphene synthesis unit. Graphene may be synthesized and coated.

상기 탄소 소스를 포함하는 반응가스는 상기 탄소 소스만으로 존재하거나, 또는 헬륨, 아르곤 등과 같은 불활성 가스와 상기 탄소 소스가 함께 존재할 수도 있다. 또한, 상기 탄소 소스를 포함하는 반응가스는 상기 탄소 소스와 더불어 수소를 포함할 수 있다. 수소는 상기 기재의 표면을 깨끗하게 유지하여 기상 반응을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 탄소 소스는 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 사이클로펜타디엔, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 폴리머 등과 같은 탄소 소스를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The reaction gas containing the carbon source may exist only with the carbon source, or the carbon source and an inert gas such as helium, argon, etc. may exist together. Additionally, the reaction gas containing the carbon source may contain hydrogen in addition to the carbon source. Hydrogen can be used to control gas phase reactions by keeping the surface of the substrate clean. The carbon source may include carbon sources such as carbon monoxide, carbon dioxide, methane, ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene, toluene, polymer, etc. However, it is not limited to this.

이때 상기 탄소 소스를 포함하는 반응 가스를 기상으로 상기 진공 프로세스 챔버(300)에 공급하면서, 온도를 제어할 수 있는 진공 프로세스 챔버(300) 내에 포함된 면형히터(310)에 의해 열처리되면 상기 탄소 소스에 존재하는 탄소 성분들이 결합하여 상기 금속박막 표면에서 6 각형의 판상 구조를 형성하면서 그래핀이 합성된다. 상기 열처리에 의해 반응 온도는 약 300 ℃내지 약 2000 ℃정도로 유지될 수 있으며, 상기 언급한 방법에 의해 제조되는 그래핀은 단층 그래핀 또는 다층 그래핀일 수 있다. At this time, while supplying the reaction gas containing the carbon source to the vacuum process chamber 300 in a gaseous state, the carbon source is heat-treated by the planar heater 310 included in the vacuum process chamber 300 capable of controlling the temperature. Graphene is synthesized as the carbon components present in combine to form a hexagonal plate-shaped structure on the surface of the metal thin film. By the heat treatment, the reaction temperature can be maintained at about 300°C to about 2000°C, and the graphene produced by the above-mentioned method may be single-layer graphene or multi-layer graphene.

이때 상기 금속박막은 본 발명의 목적에 부합하는 3차원 그래핀 나노 구조체의 코팅에 적합한 공지의 통상적인 금속박막이 사용될 수 있으며, 예를 들어 그래핀의 지지체 역할을 함과 동시에 그래핀의 성장에 있어서 촉매 역할을 하며, 일반적으로 유연성을 갖는 구리 기판이 사용되거나, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Ir, Si, Ta, Ti, W, Pd, V, Zr 로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 물질이 사용되거나 이들의 합금으로부터 사용되거나 이들로부터 제조된 다층구조의 금속박막이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다At this time, the metal thin film may be a known conventional metal thin film suitable for coating a three-dimensional graphene nanostructure suitable for the purpose of the present invention. For example, it can serve as a support for graphene and at the same time contribute to the growth of graphene. It acts as a catalyst, and a flexible copper substrate is generally used, or Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Ir, Si, Ta, Ti, W At least one material selected from the group consisting of , Pd, V, and Zr may be used, or an alloy thereof may be used, or a multi-layered metal thin film manufactured from these may be used, but is not limited thereto.

한편, 본 발명은 이와 같은 금속박막에 그래핀을 합성 및 코팅함에 있어, 고품질/고밀도/대면적의 3차원 나노 구조체 형태의 그래핀을 형성할 수 있는데 보다 구체적으로 도 4 내지 7을 참조하여 설명한다.Meanwhile, in synthesizing and coating graphene on such a metal thin film, the present invention can form graphene in the form of a high-quality/high-density/large-area three-dimensional nanostructure, which is explained in more detail with reference to FIGS. 4 to 7. do.

본 발명은 상기 진공 프로세스 챔버(300) 내에 유입되는 반응가스 중 포함되는 수소 및 메탄가스의 유량비를 제어하여 3차원 그래핀 나노 구조체의 균일도를 제어할 수 있다. The present invention can control the uniformity of the three-dimensional graphene nanostructure by controlling the flow rate ratio of hydrogen and methane gas included in the reaction gas flowing into the vacuum process chamber 300.

이때 상기 수소 및 메탄가스의 유량비는 바람직하게는 1:0.1 ~ 1일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 ~ 3 mTorr의 공정압력에서 1: 0.3 ~ 0.8의 유량비를 가질 수 있다. 이때 만일 상기 진공 프로세스 챔버(300) 내에 유입되는 반응가스 중 포함되는 수소 및 메탄가스의 유량비는 1: 0.1 미만일 경우 플라즈마 온도 증가로 인해 기판 열화 현상이 발생하여 3차원 그래핀 나노 구조체가 충분히 합성되지 않을 수 있으며, 또한 만일 상기 진공 프로세스 챔버(300) 내에 유입되는 반응가스 중 포함되는 수소 및 메탄가스의 유량비는 1: 1을 초과하는 경우 합성된 3차원 그래핀 나노 구조체가 불규칙적인 구조를 가질 수 있다. 즉 도 4를 참조하면 본 발명에 따른 바람직한 유량비의 수치범위를 만족하는 경우(도 4 가운데 이미지) 3차원 그래핀 나노 구조체의 상단 가장자리가 질서 있고 균일한 구조를 나타내는 것을 알 수 있으나, 본 발명에 따른 바람직한 유량비의 수치범위의 하한 및 상한에 각각 미달(도 4 좌측 이미지) 하거나 초과(도 4 우측 이미지) 하는 경우 3차원 그래핀 나노 구조체가 온전히 합성되지 않거나 합성되더라도 구조체 상단 가장자리 부분이 불규칙적이 구조를 나타나는 것을 알 수 있다.At this time, the flow rate ratio of the hydrogen and methane gas may preferably be 1:0.1 to 1, and more preferably, the flow rate ratio may be 1:0.3 to 0.8 at a process pressure of 1 to 3 mTorr. At this time, if the flow rate ratio of hydrogen and methane gas included in the reaction gas flowing into the vacuum process chamber 300 is less than 1:0.1, substrate deterioration occurs due to an increase in plasma temperature, and the three-dimensional graphene nanostructure is not sufficiently synthesized. Also, if the flow rate ratio of hydrogen and methane gas included in the reaction gas flowing into the vacuum process chamber 300 exceeds 1: 1, the synthesized three-dimensional graphene nanostructure may have an irregular structure. there is. That is, referring to FIG. 4, when the numerical range of the preferred flow rate ratio according to the present invention is satisfied (center image of FIG. 4), it can be seen that the upper edge of the three-dimensional graphene nanostructure exhibits an orderly and uniform structure. However, in the present invention, If the lower and upper limits of the numerical range of the desirable flow ratio are below (left image of Figure 4) or exceeded (right image of Figure 4), the three-dimensional graphene nanostructure is not completely synthesized, or even if synthesized, the upper edge of the structure is irregular. You can see that it appears.

또한, 본 발명은 상기 진공 프로세스 챔버(300) 내에서 합성 시간을 제어함으로써3차원 그래핀 나노 구조체의 기공 사이즈를 기공의 크기가 10 ~ 300 nm로 제어할 수 있다.In addition, the present invention can control the pore size of the three-dimensional graphene nanostructure to 10 to 300 nm by controlling the synthesis time in the vacuum process chamber 300.

이때 상기 그래핀을 합성하는 시간은 바람직하게 1 ~ 60분일 수 있다. 보다 구체적으로 도 5를 참조하면, 유입되는 수소의 유량과 메탄의 유량을 일정하게 하고 시간을 각각 7, 15, 30, 60분으로 달리하여 합성한 3차원 그래핀 나노 구조체를 동일 배율에서 측정한 FE-SEM 이미지를 통해 합성 시간이 증가함에 따라 3차원 구조체 사이의 기공 크기가 증가함을 확인할 수 있다.At this time, the time for synthesizing the graphene may preferably be 1 to 60 minutes. More specifically, referring to FIG. 5, the three-dimensional graphene nanostructure synthesized by keeping the flow rate of incoming hydrogen and methane constant and varying the time at 7, 15, 30, and 60 minutes, respectively, was measured at the same magnification. FE-SEM images show that the pore size between the three-dimensional structures increases as the synthesis time increases.

또한, 본 발명은 상기 진공 프로세스 챔버(300) 내에서 합성 시간과 유량을 동시에 제어함으로써3차원 그래핀 나노 구조체의 전기적 특성과 Capacitance를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 도 6을 참조하면, 합성 시간에 따른 Raman 측정 결과 및 주요 밴드의 상대적 세기를 알 수 있으며 또한 도 7을 참조하면, 유량에 따른 캐패시터의 특성을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 발명은 specific capacitance가 2.0 F/cm2이상인 고품질의 3차원 그래핀 나노 구조체를 대면적으로 제조할 수 있음을 알 수 있다.In addition, the present invention can control the electrical properties and capacitance of the three-dimensional graphene nanostructure by simultaneously controlling the synthesis time and flow rate within the vacuum process chamber 300. More specifically, referring to FIG. 6, the Raman measurement results and relative intensities of major bands according to synthesis time can be seen. Also, referring to FIG. 7, the characteristics of the capacitor according to flow rate can be confirmed. Through this, it can be seen that the present invention can manufacture high-quality three-dimensional graphene nanostructures with a specific capacitance of 2.0 F/cm 2 or more in a large area.

다음 본 발명에 따른 플라즈마 소스부(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.Next, the plasma source unit 100 according to the present invention will be described in detail.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 10은 도91의 A-A'선 단면도이고, 도 11은 도 9에 도시된 중심 도파관 및 플라즈마 챔버의 모습을 나타내는 사시도이다.FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the plasma source unit 100 using a resonance waveguide according to an embodiment of the present invention, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 91, and FIG. 11 is in FIG. 9. This is a perspective view showing the central waveguide and plasma chamber shown.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관은 중심 도파관(110), 전자기파 전달 수단(120), 전자기파 공급부(130), 및 플라즈마 챔버(140), 전기장 제어수단(150)을 포함할 수 있다.9 to 11, the resonant waveguide according to an embodiment of the present invention includes a central waveguide 110, an electromagnetic wave transmission means 120, an electromagnetic wave supply unit 130, a plasma chamber 140, and an electric field control means ( 150) may be included.

중심 도파관(110)은 전자기파를 시계방향 또는 반시계방향으로 전송할 수 있도록 트랙(Track) 형태로 구비되며, 플라즈마 챔버(140)의 둘레를 둘러싸도록 배치되어 전자기파 전달 수단(120)을 통해 전자기파를 전달받아 플라즈마 챔버(140)의 내부에 고르게 입사시킬 수 있다. 예를 들어, 중심 도파관(110)은 환형 또는 타원형으로 구비될 수 있다. 중심 도파관(110)은 직각 도파관이다.The central waveguide 110 is provided in the form of a track to transmit electromagnetic waves clockwise or counterclockwise, and is arranged to surround the circumference of the plasma chamber 140 to transmit electromagnetic waves through the electromagnetic wave transmission means 120. It can be evenly incident on the inside of the plasma chamber 140. For example, the central waveguide 110 may be provided in a circular or oval shape. The center waveguide 110 is a right angle waveguide.

구체적으로, 중심 도파관(110)은 제1 직선형 직각도파관(111), 제2 직선형 직각도파관(112), 제1 곡선형 직각도파관(113) 및 제2 곡선형 직각도파관(114)을 포함할 수 있다.Specifically, the center waveguide 110 may include a first straight right angle waveguide 111, a second straight right angle waveguide 112, a first curved right angle waveguide 113, and a second curved right angle waveguide 114. there is.

제1 직선형 직각도파관(111)은 중심 도파관(110)의 일방향에서 직선형으로 연장된 도파관이다.The first straight right angle waveguide 111 is a waveguide extending linearly in one direction of the central waveguide 110.

제2 직선형 직각도파관(112)은 중심 도파관(110)에서 제1 직선형 직각도파관(111)에 평행한 도파관이다.The second straight right angle waveguide 112 is a waveguide parallel to the first straight right angle waveguide 111 in the center waveguide 110.

제1 곡선형 직각도파관(113)은 중심 도파관(110)의 일측, 즉 제1 직선형 직각도파관(111) 및 제2 직선형 직각도파관(112)의 일측 단부 방향에서 제1 직선형 직각도파관(111) 및 제2 직선형 직각도파관(112)의 단부를 전자기파 소통가능하게 연결한다.The first curved right-angle waveguide 113 is connected to one side of the center waveguide 110, that is, in the direction of one end of the first straight right-angle waveguide 111 and the second straight right-angle waveguide 112. The ends of the second straight right angle waveguide 112 are connected to enable electromagnetic wave communication.

제2 곡선형 직각도파관(114)은 중심 도파관(110)의 타측, 즉 제1 직선형 직각도파관(111) 및 제2 직선형 직각도파관(112)의 타측 단부 방향에서 제1 직선형 직각도파관(111) 및 제2 직선형 직각도파관(112)의 단부를 전자기파 소통가능하게 연결한다.The second curved right-angle waveguide 114 is connected to the other side of the center waveguide 110, that is, in the direction of the other end of the first straight right-angle waveguide 111 and the second straight right-angle waveguide 112. The ends of the second straight right angle waveguide 112 are connected to enable electromagnetic wave communication.

이러한 중심 도파관(110)의 구조에서, 제1 및 제2 직선형 직각도파관(111, 112) 및 제1 및 제2 곡선형 직각도파관(113, 114)은 TE 모드이고, 중심 도파관(110)은 제1 및 제2 직선형 직각도파관(111, 112) 및 제1 및 제2 곡선형 직각도파관(113, 114) 내의 전기장에 수직한 두 면 중 한 면이 중심 도파관(110)의 환형 또는 타원형의 내측을 향하도록 세워져서 배치될 수 있다. 이때, 각각의 직각도파관(111, 112, 113, 114)의 세워진 두 면 중 중심 도파관(110)의 환형 또는 타원형의 내측을 향하는 면은 중심 도파관(110)의 내측면이고 중심 도파관(110)의 환형 또는 타원형의 외측을 향하는 면은 중심 도파관(110)의 외측면이다.In this structure of the center waveguide 110, the first and second straight right angle waveguides 111 and 112 and the first and second curved right angle waveguides 113 and 114 are in TE mode, and the center waveguide 110 is in the first mode. One of the two sides perpendicular to the electric field in the first and second straight right-angle waveguides (111, 112) and the first and second curved right-angle waveguides (113, 114) is inside the annular or elliptical shape of the center waveguide (110). It can be placed facing upright. At this time, among the two erected sides of each right angle waveguide (111, 112, 113, 114), the side facing the annular or elliptical inner side of the center waveguide 110 is the inner side of the center waveguide 110 and the side of the center waveguide 110 is the inner side of the center waveguide 110. The annular or elliptical outward facing surface is the outer surface of the central waveguide 110.

일 실시예로, 상기 제1 및 제2 직선형 직각도파관(111, 112)은 WR430 도파관으로 구비되고, 상기 제1 및 제2 곡선형 직각도파관(113, 114)은 WR284 도파관으로 구성될 수 있다.In one embodiment, the first and second straight right angle waveguides 111 and 112 may be configured as WR430 waveguides, and the first and second curved right angle waveguides 113 and 114 may be configured as WR284 waveguides.

한편, 중심 도파관(110)은 복수 개의 슬롯(115)을 포함할 수 있다. 슬롯(115)은 중심 도파관(110) 내의 전자기파를 외부로 방사하도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 슬롯(115)은 제1 직선형 직각도파관(111) 및 제2 직선형 직각도파관(112)의 내측면에 일정 간격으로 배열되어 구비될 수 있다. 이때, 슬롯(115)은 중심 도파관(110)의 전자파 순환 방향에 수직하게 직립되는 형태로 형성될 수 있다. Meanwhile, the central waveguide 110 may include a plurality of slots 115. The slot 115 may be provided to radiate electromagnetic waves within the central waveguide 110 to the outside. For example, a plurality of slots 115 may be provided at regular intervals on the inner surfaces of the first straight right angle waveguide 111 and the second straight right angle waveguide 112. At this time, the slot 115 may be formed to stand perpendicular to the electromagnetic wave circulation direction of the central waveguide 110.

여기서, 상기 제1 직선형 직각도파관(111) 및 상기 제2 직선형 직각도파관(112)의 상기 슬롯(115)들이 형성된 영역은 중심 도파관(110)의 한 쌍의 직선 구간(S1, S2)을 형성할 수 있고, 상기 제1 곡선형 직각도파관(113) 및 상기 제2 곡선형 직각도파관(114)에 인접하는 상기 제1 직선형 직각도파관(111) 및 상기 제2 직선형 직각도파관(112)의 나머지 영역과 상기 제1 곡선형 직각도파관(113) 및 상기 제2 곡선형 직각도파관(114)은 중심 도파관(110)의 한 쌍의 곡선 구간(C1, C2)을 형성할 수 있다.Here, the area where the slots 115 of the first straight right angle waveguide 111 and the second straight right angle waveguide 112 are formed form a pair of straight sections S1 and S2 of the center waveguide 110. and the remaining areas of the first straight right angle waveguide 111 and the second straight right angle waveguide 112 adjacent to the first curved right angle waveguide 113 and the second curved right angle waveguide 114. The first curved right-angle waveguide 113 and the second curved right-angle waveguide 114 may form a pair of curved sections C1 and C2 of the center waveguide 110.

또한, 상기 직선 구간(S1, S2)의 길이는 n λg/2로 형성될 수 있다.(여기서, 상기 λg는 도파관내 파장(Guided Wavelength)의 크기를 의미하며, 상기 n은 자연수(1,2,3..n)를 의미함) 따라서, 대향하는 두 슬롯(115)으로부터 전기장이 플라즈마 챔버(140)의 중앙부근에서 보강간섭됨으로써 전기장의 크기를 더욱 증가시킬 수 있다.In addition, the length of the straight sections (S1, S2) may be formed as n λ g /2. (Here, λ g refers to the size of the guided wavelength within the waveguide, and n is a natural number (1 ,2,3..n)) Therefore, the electric field from the two opposing slots 115 undergoes constructive interference near the center of the plasma chamber 140, thereby further increasing the size of the electric field.

전자기파 전달 수단(120)은 상기 중심 도파관(110)으로 전자기파를 전달한다. The electromagnetic wave transmission means 120 transmits electromagnetic waves to the central waveguide 110.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)의 전자기파 전달 수단의 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 21 is a diagram illustrating an example of an electromagnetic wave transmission means of the plasma source unit 100 using a resonance waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 21을 참조하면, 일 예로, 전자기파 전달 수단(120)은 봉형태의 도전체(121)일 수 있다. 상기 봉형태의 도전체(121)는 상기 중심 도파관(110)의 일 측의 접선에 수직하게, 후술하는 전자기파 공급부(130)의 도파관(131) 및 중심 도파관(110)을 관통하게 배치될 수 있다.Referring to FIG. 21 , as an example, the electromagnetic wave transmission means 120 may be a rod-shaped conductor 121. The rod-shaped conductor 121 may be disposed perpendicular to a tangent line on one side of the central waveguide 110, penetrating the waveguide 131 and the central waveguide 110 of the electromagnetic wave supply unit 130, which will be described later. .

도 9를 참조하면, 다른 예로, 전자기파 전달 수단(120)은 상기 중심 도파관(110)의 일 측에 설치되며, 상기 전자기파 공급부(130)의 전자기파를 상기 중심 도파관(110) 내로 전달하는 튜너(122)일 수 있다. 상기 튜너(122)는 상기 전자기파 공급부(130)로부터 전달된 전자기파의 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스 정합을 유도함으로써 상기 전자기파로 유도된 전기장이 상기 플라즈마 챔버(140) 내에서 최대가 되도록 제어할 수 있다.Referring to FIG. 9, as another example, the electromagnetic wave transmitting means 120 is installed on one side of the central waveguide 110, and the tuner 122 transmits the electromagnetic waves of the electromagnetic wave supply unit 130 into the central waveguide 110. ) can be. The tuner 122 controls the intensity of the incident wave and the reflected wave of the electromagnetic wave transmitted from the electromagnetic wave supply unit 130 to induce impedance matching so that the electric field induced by the electromagnetic wave is maximized within the plasma chamber 140. You can.

도 9를 참조하면, 다른 예로, 전자기파 전달 수단(120)은 상기 튜너(122) 및 상기 중심 도파관(110) 사이에, 양단이 상기 중심 도파관(110)과 상기 튜너(122)에 각각 직접적으로 연결되는 전달 도파관(123)을 더 포함할 수 있다. 상기 전달 도파관(123)을 통해 상기 전자기파 공급부(130)로부터의 전자기파가 상기 중심 도파관(110)에 전달될 수 있다.Referring to FIG. 9, as another example, the electromagnetic wave transmission means 120 is between the tuner 122 and the central waveguide 110, and both ends are directly connected to the central waveguide 110 and the tuner 122, respectively. It may further include a transmission waveguide 123. Electromagnetic waves from the electromagnetic wave supply unit 130 may be transmitted to the central waveguide 110 through the transmission waveguide 123.

이러한 경우, 트랙 형태의 플라즈마 소스부(100)의 길이 또는 크기가 커짐에 따라 요구되는 충분한 파워를 인가할 수 있다. 즉, 상기 봉형태 도전체(121)의 경우에 비해 전달 도파관(123)을 통해 직접적으로 중심 도파관(110)에 전자기파가 전달되는 구조에서는 트랙 형태의 플라즈마 소스부(100)에서 필요로하는 고출력 파워를 쉽게 전달할 수 있다.In this case, as the length or size of the track-shaped plasma source unit 100 increases, sufficient power required can be applied. That is, compared to the case of the rod-shaped conductor 121, in a structure in which electromagnetic waves are transmitted directly to the central waveguide 110 through the transmission waveguide 123, the high output power required by the track-shaped plasma source unit 100 can be easily conveyed.

전자기파 공급부(130)는 전자기파 전달 수단(120)에 전자기파를 전달한다. 예를 들어, 전자기파 공급부(130)는 마그네트론(미도시) 및 마그네트론으로부터 발진된 전자파를 전달하는 도파관(131)을 포함할 수 있다.The electromagnetic wave supply unit 130 transmits electromagnetic waves to the electromagnetic wave transmission means 120. For example, the electromagnetic wave supply unit 130 may include a magnetron (not shown) and a waveguide 131 that transmits electromagnetic waves oscillated from the magnetron.

플라즈마 챔버(140)는 중심 도파관(110)의 내측면 둘레를 따라 배치되어 중심 도파관(110) 안쪽에 위치하고 중심 도파관(110)으로부터 전자기파가 내부로 입사될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버(140)는 환형 또는 타원형으로 구비될 수 있다.The plasma chamber 140 is disposed along the inner circumference of the central waveguide 110 and is located inside the central waveguide 110, and electromagnetic waves can be incident therein from the central waveguide 110. For example, the plasma chamber 140 may be provided in an annular or oval shape.

플라즈마 챔버(140) 내부로의 전자기파의 입사를 위해 플라즈마 챔버(140)는 전자기파 입사창(141)이 구비될 수 있다. 전자기파 입사창(141)은 중심 도파관(110)의 복수 개의 슬롯(115)에 마주하게 배치된다. 즉, 전자기파 입사창(141)은 중심 도파관(110)의 내부와 밀폐하도록 복수 개의 슬롯(115)의 출구측에 위치하고, 복수 개의 슬롯(115)을 통해 유입된 전자기파가 복수 개의 슬롯(115)의 외부, 즉 플라즈마 챔버(140)의 내부로 방사되게 구비될 수 있다. 전자기파 입사창(141)은 복수로 구비될 수 있고, 각각의 제1 직선형 직각도파관(111)의 내측면 및 제2 직선형 직각도파관(112)의 내측면에 마주하도록 배치될 수 있다. To allow electromagnetic waves to enter the plasma chamber 140, the plasma chamber 140 may be provided with an electromagnetic wave incident window 141. The electromagnetic wave incident window 141 is disposed to face the plurality of slots 115 of the central waveguide 110. That is, the electromagnetic wave incident window 141 is located on the exit side of the plurality of slots 115 to seal the interior of the central waveguide 110, and the electromagnetic wave introduced through the plurality of slots 115 enters the plurality of slots 115. It may be provided to radiate to the outside, that is, to the inside of the plasma chamber 140. The electromagnetic wave incident window 141 may be provided in plurality, and may be arranged to face the inner surface of each first straight right-angled waveguide 111 and the inner surface of the second straight right-angled waveguide 112.

전기장 제어수단(150)은 중심 도파관(110)의 타 측에 배치되며, 중심 도파관(110)의 타측에 체결된 플런저(151)의 위치에 따라 플라즈마 챔버(140) 내의 전기장의 분포를 조절할 수 있다. 즉, 상기 플런저(151)의 최적위치에서 플런저(151)를 내측방향으로 밀면 플라즈마 챔버(140)의 오른쪽편에서 전기장이 강해지고, 반대로 플런저(151)의 최적위치에서 플런저(151)를 외측방향으로 빼면 플라즈마 챔버(140)의 왼쪽편에서 전기장이 강해질 수 있다. 따라서, 전기장 제어수단(150)은 실제 플라즈마 운전시 플런저(151)의 위치를 통해 플라즈마 챔버(140) 내의 자기장 분포를 변화시킴으로써 플라즈마의 균일도를 용이하게 조절 및 제어할 수 있다.The electric field control means 150 is disposed on the other side of the central waveguide 110, and can adjust the distribution of the electric field in the plasma chamber 140 according to the position of the plunger 151 fastened to the other side of the central waveguide 110. . That is, when the plunger 151 is pushed inward at the optimal position of the plunger 151, the electric field becomes stronger on the right side of the plasma chamber 140, and conversely, when the plunger 151 is pushed inward at the optimal position of the plunger 151, the electric field becomes stronger. If subtracted from , the electric field may become stronger on the left side of the plasma chamber 140. Accordingly, the electric field control means 150 can easily adjust and control the uniformity of plasma by changing the magnetic field distribution within the plasma chamber 140 through the position of the plunger 151 during actual plasma operation.

도 12는 도 9에 도시된 직선구간 요크의 모습을 도시하는 도면이고, 도 13는 도 1에 도시된 영구자석을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 12 is a diagram showing the straight section yoke shown in FIG. 9, and FIG. 13 is a diagram explaining the permanent magnet shown in FIG. 1.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)는 자석 유닛(170)을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the plasma source unit 100 using a resonance waveguide according to an embodiment of the present invention may further include a magnet unit 170.

자석 유닛(170)은 영구자석을 의미하며, 플라즈마챔버(140)의 내측방향으로 자기장을 형성할 수 있다. 자석 유닛(170)은 중심 도파관(110)의 내측면과 전자기파 입사창(141) 사이에 위치하고, 슬롯(115) 사이에서 배치된다. 부연하면, 자석 유닛(170)은 플라즈마 챔버(140)와 중심 도파관(110)의 내측면 사이에서 중심 도파관(110)의 전자파 순환 방향을 따라 배열되며, 상기 제1 직선형 직각도파관(111) 및 상기 제2 직선형 직각도파관(112)에 의한 직선 구간(S1, S2) 및 상기 제1 곡선형 직각도파관(113) 및 상기 제2 곡선형 직각도파관(114)에 의한 곡선 구간(C1, C2)에 배치될 수 있다. 이때, 전자기파 입사창(141)은 자석 유닛(170)들이 형성한 간격을 밀폐하도록 설치된다. 즉, 슬롯(115)에 대향하는 자석 유닛(170)들 사이 사이의 간격을 밀폐하도록 설치된다. 이러한 자석 유닛(170)은 플라즈마 챔버(140) 내에서 전자가 이탈되지 않도록 전자가둠역할(Confinement)을 한다.The magnet unit 170 refers to a permanent magnet and can form a magnetic field toward the inside of the plasma chamber 140. The magnet unit 170 is located between the inner surface of the central waveguide 110 and the electromagnetic wave incident window 141 and is disposed between the slots 115. In detail, the magnet unit 170 is arranged along the electromagnetic wave circulation direction of the center waveguide 110 between the plasma chamber 140 and the inner surface of the center waveguide 110, and the first straight right angle waveguide 111 and the Arranged in the straight sections (S1, S2) by the second straight right-angle waveguide 112 and the curved sections (C1, C2) by the first curved right-angle waveguide 113 and the second curved right-angle waveguide 114. It can be. At this time, the electromagnetic wave incident window 141 is installed to seal the gap formed by the magnet units 170. That is, it is installed to seal the gap between the magnet units 170 opposing the slot 115. This magnet unit 170 serves to confine electrons to prevent them from escaping within the plasma chamber 140.

자석 유닛(170)은 중심 도파관(110)에서 토로이달 구조의 자기장을 형성하도록, 도 10과 같이 슬롯(115) 방향에 평행하게 위아래로 배치되어, 한 쌍의 자석 유닛(170)이 이루는 착자 방향은 슬롯(115) 방향과 평행할 수 있다. 이러한 한 쌍의 자석 유닛(170)의 착자 방향 구조에 따라 플라즈마 챔버(140) 내부에서 자기장 방향이 슬롯(115) 방향과 평행하게 형성될 수 있다.The magnet units 170 are arranged up and down parallel to the direction of the slot 115 as shown in FIG. 10 to form a toroidal magnetic field in the central waveguide 110, so that the magnetization direction formed by the pair of magnet units 170 may be parallel to the direction of the slot 115. According to the magnetization direction structure of the pair of magnet units 170, the magnetic field direction within the plasma chamber 140 may be formed parallel to the direction of the slot 115.

자석 유닛(170)은 요크(180a, 180b)에 의해 고정될 수 있다. 요크(180a, 180b)는 한 쌍의 자석 유닛(170)의 착자 방향이 슬롯(115) 방향과 평행하도록 중심 도파관(110) 및 전자기파 입사창(141) 사이에 고정할 수 있다. 도 12를 참조하면, 요크(180a, 180b)는 그 몸체의 위아래에 일정 간격 이격되어 배치되는 한 쌍의 자석배치홈(183)을 구비하도록 형성될 수 있고, 상기 한 쌍의 자석배치홈(183) 각각에 한 쌍의 자석 유닛(170) 각각을 수용하는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 요크(180a, 180b)는 철(Iron) 소재일 수 있고, 자장요크 역할을 하여 한 쌍의 자석 유닛(170)에 의한 자력선을 요크(180a, 180b) 내측으로 한정시키고, 플라즈마챔버(140) 내부에 더 큰 자기장을 형성하는 역할을 할 수 있다.The magnet unit 170 may be fixed by yokes 180a and 180b. The yokes 180a and 180b may be fixed between the central waveguide 110 and the electromagnetic wave incident window 141 so that the magnetization direction of the pair of magnet units 170 is parallel to the direction of the slot 115. Referring to FIG. 12, the yokes (180a, 180b) may be formed to have a pair of magnet arrangement grooves 183 disposed at regular intervals above and below the body, and the pair of magnet arrangement grooves 183 ) It may be configured to accommodate a pair of magnet units 170, respectively. These yokes (180a, 180b) may be made of iron, and serve as a magnetic field yoke to limit the magnetic force lines generated by the pair of magnet units 170 to the inside of the yokes (180a, 180b), and to the plasma chamber 140. It can play a role in forming a larger magnetic field inside.

한편, 요크(180a, 180b)는 직선구간 요크(180a)와 곡선구간 요크(180b)로 구분될 수 있다. 직선구간 요크(180a)는 상기 직선 구간(S1, S2) 내에서 슬롯(115) 들 사이에 배치되는 요크일 수 있고, 곡선구간 요크(180b)는 슬롯(115) 들이 배치되는 영역 외, 즉 상기 곡선 구간(C1, C2)에 배치되는 요크일 수 있다.Meanwhile, the yokes 180a and 180b can be divided into a straight section yoke 180a and a curved section yoke 180b. The straight section yoke 180a may be a yoke disposed between slots 115 within the straight sections S1 and S2, and the curved section yoke 180b may be located outside the area where the slots 115 are disposed, that is, the above. It may be a yoke disposed in the curved sections (C1, C2).

상기 직선구간 요크(180a)의 제1 면(181)의 수평방향의 폭은 슬롯(115) 들 사이의 폭에 대응하는 폭을 가질 수 있으며, 상기 제1 면(181)의 반대면인 제2 면(182)의 폭은 상기 제1 면(181)의 폭보다 좁게 형성되어, 상기 제1 면(181) 및 상기 제2 면(182)을 연결하는 요크(180a)의 좌우측의 각 측면(182)은 테이퍼지게 형성될 수 있다. 이러한 요크(180a)의 구조에서 상기 한 쌍의 자석배치홈(183)은 상기 제1 면(181)으로부터 만입되어 형성될 수 있고, 상기 제1 면(181)이 중심 도파관(110)의 내측면, 즉 제1 직선형 직각도파관(111) 및 제2 직선형 직각도파관(112) 각각의 내측면에 밀착되고, 상기 제2 면(182)이 전자기파 입사창(141)에 밀착될 수 있다. 이러한 요크(180a)의 형상 및 배치구조에 따라 요크(180a)들 사이의 간격은 슬롯(115)과 대향되어 슬롯(115)으로부터 방사되는 전자기파를 전자기파 입사창(141)을 향해 가이드하는 경로를 형성할 수 있다.The horizontal width of the first surface 181 of the straight section yoke 180a may have a width corresponding to the width between the slots 115, and the second surface opposite to the first surface 181 may have a width corresponding to the width between the slots 115. The width of the surface 182 is narrower than the width of the first surface 181, and each side 182 on the left and right sides of the yoke 180a connecting the first surface 181 and the second surface 182 ) can be formed tapered. In this structure of the yoke 180a, the pair of magnet placement grooves 183 may be formed by being recessed from the first surface 181, and the first surface 181 is the inner surface of the central waveguide 110. That is, the first straight right-angle waveguide 111 and the second straight right-angle waveguide 112 may be in close contact with each inner surface, and the second surface 182 may be in close contact with the electromagnetic wave incident window 141. According to the shape and arrangement structure of the yoke 180a, the gap between the yokes 180a is opposite to the slot 115 to form a path that guides the electromagnetic wave radiating from the slot 115 toward the electromagnetic wave incident window 141. can do.

상기 경로는 상기 슬롯(115)을 사이에 두고 인접하는 두 자석 유닛(170) 사이의 상기 슬롯(115)으로부터 전달되는 전자기파가 전달되는 경로를 형성하며, 상기 경로는 좁은 입구와 확장된 출구 형상의 수평 단면이 사다리꼴 형상으로 형성된다. 이에 따라, 상기 경로는 상기 슬롯(115)으로부터의 전자기파가 상기 경로를 지나면서 확장되어 상기 중심 도파관(110)의 내측으로 입사될 수 있다.The path forms a path through which electromagnetic waves transmitted from the slot 115 are transmitted between two adjacent magnet units 170 with the slot 115 in between, and the path has a narrow inlet and an expanded outlet shape. The horizontal cross section is formed in a trapezoidal shape. Accordingly, the path may expand as the electromagnetic wave from the slot 115 passes through the path and enter the inside of the central waveguide 110.

상기 곡선구간 요크(180b)는 상기 곡선 구간(C1, C2)에 대응하는 형상, 예를 들어, U자 형상으로 형성될 수 있고, 양끝단은 상기 직선구간 요크(180a)의 측면과 동일한 구배각으로 형성될 수 있고, 곡선구간 요크(180b)의 몸체의 위아래로 배치되는 한 쌍의 자석배치홈(183)이 상기 U자 형상을 따라 배열될 수 있다.The curved section yoke 180b may be formed in a shape corresponding to the curved sections C1 and C2, for example, a U shape, and both ends have a gradient angle equal to the side surface of the straight section yoke 180a. may be formed, and a pair of magnet arrangement grooves 183 disposed above and below the body of the curved section yoke 180b may be arranged along the U-shape.

여기서, 상기 직선구간 요크(180a)들 및 상기 곡선구간 요크(180b)들은 요크(180a, 180b)의 상부를 덮고 상기 중심 도파관(110) 및 상기 플라즈마 챔버(140) 사이에서 요크(180a, 180b)들의 상부를 덮는 상부 고정 플레이트(161)와 상기 중심 도파관(110) 및 상기 플라즈마 챔버(140) 사이에서 요크(180a, 180b)들의 하부를 덮는 하부 고정 플레이트(162)를 통해 고정될 수 있다. 예를 들어, 요크(180a, 180b)들의 상부 및 하부에 나사 결합을 통해 고정될 수 있다.Here, the straight section yokes (180a) and the curved section yokes (180b) cover the upper part of the yokes (180a, 180b) and form the yokes (180a, 180b) between the central waveguide 110 and the plasma chamber 140. They may be fixed through an upper fixing plate 161 covering the upper part of the yokes 180a and a lower fixing plate 162 covering the lower part of the yokes 180a and 180b between the central waveguide 110 and the plasma chamber 140. For example, it may be fixed to the upper and lower parts of the yokes 180a and 180b through screw coupling.

한편, 자석 유닛(170)들은 퀴리온도와 자기장 세기를 고려하여 선정될 수 있다.Meanwhile, the magnet units 170 may be selected in consideration of the Curie temperature and magnetic field strength.

일 실시예로, 자석 유닛(170)들은 니켈이 표면에 코팅된 N42SH 네오디뮴 자석일 수 있고, 표면 자장이 1300mT일 수 있다.In one embodiment, the magnet units 170 may be N42SH neodymium magnets coated with nickel on the surface, and the surface magnetic field may be 1300 mT.

또한, 직선 구간(S1, S2)의 자석 유닛(170)들의 크기는 깊이 30mm~35mm, 높이 35~40mm일 수 있고, 곡선 구간(C1, C2)의 자석 유닛(170)들의 크기는 깊이 30mm~35mm, 높이 30mm~35mm일 수 있다.In addition, the size of the magnet units 170 in the straight sections (S1, S2) may be 30 mm to 35 mm in depth and 35 to 40 mm in height, and the size of the magnet units 170 in the curved sections (C1, C2) may be 30 mm to 30 mm in depth. It can be 35mm, height 30mm~35mm.

여기서, 자석 유닛(170)들의 깊이는 도 13의 d방향이고, 높이는 도 13의 h방향이다.Here, the depth of the magnet units 170 is in the d direction in FIG. 13, and the height is in the h direction in FIG. 13.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)의 전자기파 입사 과정 및 플라즈마 형성 과정에 대해 도 14을 참조하여 설명한다. 도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)의 전자기파의 전송 및 플라즈마 생성 모습을 나타내는 단면도이다.Hereinafter, the electromagnetic wave incident process and plasma formation process of the plasma source unit 100 by the resonance waveguide according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14. FIG. 14 is a cross-sectional view showing transmission of electromagnetic waves and generation of plasma by the plasma source unit 100 using a resonance waveguide according to an embodiment of the present invention.

플라즈마 챔버(140) 내에서의 플라즈마 형성을 위해 전자기파 공급부(130) 및 전자기파 전달 수단(120)을 통해 전자기파가 중심 도파관(110) 내로 입사된다.To form plasma within the plasma chamber 140, electromagnetic waves are incident into the central waveguide 110 through the electromagnetic wave supply unit 130 and the electromagnetic wave transmission means 120.

입사되는 전자기파는 중심 도파관(110)의 타원 또는 환형의 형상에 따른 트랙 형태의 이동경로를 따라 이동한다. 예를 들어, 입사되는 전자기파는 시계방향으로 이동할 수 있다. The incident electromagnetic wave moves along a track-shaped movement path according to the elliptical or annular shape of the central waveguide 110. For example, incident electromagnetic waves can move clockwise.

중심 도파관(110) 내에서, 즉 상기 트랙 형태의 이동경로 내에서 이동하는 전자기파는 제1 직선형 직각도파관(111) 및 제2 직선형 직각도파관(112)에 배열된 복수 개의 슬롯(115)으로 유입된 후 플라즈마 챔버(140)의 전자기파 입사창(141)을 통해 플라즈마 챔버(140) 내부로 방사된다.Electromagnetic waves moving within the center waveguide 110, that is, within the track-shaped movement path, are introduced into a plurality of slots 115 arranged in the first straight right-angle waveguide 111 and the second straight right-angle waveguide 112. Then, the electromagnetic waves are radiated into the plasma chamber 140 through the electromagnetic wave incident window 141 of the plasma chamber 140.

이때, 상기 곡선 구간(C1, C2)에서는 슬롯(115)의 근처에서 생성된 고온전자들이 자기장에 의해 플라즈마 챔버(140)의 형상을 따라 이동(Drift)하면서 원주방향으로 회전하게 되며, 플라즈마 챔버(140)의 형상을 따라 지속적으로 회전하면서 플라즈마를 생성시키게 된다. 이로 인해, 생성된 고온전자들은 폐회로 이동경로를 가지면서 플라즈마 챔버(140) 전체에서 이온화에 기여하게 되며, 이러한 구조로 인하여 플라즈마를 자기장에 가두고 폐회로화 함으로써 플라즈마의 밀도뿐만 아니라 균일도(Uniformity)에 있어서도 큰 이점을 갖게 된다.At this time, in the curved sections C1 and C2, hot electrons generated near the slot 115 rotate in the circumferential direction while drifting along the shape of the plasma chamber 140 by the magnetic field, and the plasma chamber ( Plasma is generated while continuously rotating along the shape of 140). As a result, the generated high-temperature electrons have a closed-circuit movement path and contribute to ionization throughout the plasma chamber 140. Due to this structure, the plasma is confined in a magnetic field and made into a closed circuit, thereby improving not only the density but also the uniformity of the plasma. It also has a huge advantage.

이하에서는 직선 구간(S1, S2) 및 곡선 구간(C1, C2)에서의 영구자석(171, 172)들의 크기에 대한 설계를 달리하는 실시예와 비교예를 통해 자기장이 나타나는 형태 및 이에 따른 플라즈마가 나타나는 형태에 대해 비교 설명한다.Hereinafter, the shape of the magnetic field and the resulting plasma will be discussed through examples and comparative examples in which the design of the size of the permanent magnets 171 and 172 in the straight sections (S1, S2) and the curved sections (C1, C2) is different. Compare and explain the forms that appear.

실시예 1Example 1

실시예로, 직선 구간(S1, S2)의 자석 유닛(170)들은 깊이 30mm 및 높이 40mm의 크기로 배치하고, 곡선 구간(C1, C2)의 자석 유닛(170)들은 깊이 30mm 및 높이 34.5mm의 크기로 배치하고, 위아래 자석 유닛(170) 간의 거리는 30.5mm가 되도록 배치하였다.As an example, the magnet units 170 in the straight sections (S1, S2) are arranged to have a size of 30 mm in depth and 40 mm in height, and the magnet units 170 in the curved sections (C1, C2) are arranged to have a size of 30 mm in depth and 34.5 mm in height. They were arranged in size, and the distance between the upper and lower magnet units 170 was 30.5 mm.

비교예 1Comparative Example 1

비교예로, 직선 구간(S1, S2)의 자석 유닛(170)들은 깊이 30mm 및 높이 30mm의 크기로 배치하고, 곡선 구간(C1, C2)의 자석 유닛(170)들은 깊이 30mm 및 높이 25mm의 크기로 배치하고, 위아래 자석 유닛(170) 간의 거리는 30mm가 되도록 배치하였다.As a comparative example, the magnet units 170 in the straight sections (S1, S2) are arranged to have a size of 30 mm in depth and 30 mm in height, and the magnet units 170 in the curved sections (C1, C2) are arranged to have a size of 30 mm in depth and 25 mm in height. and the distance between the upper and lower magnet units 170 was arranged to be 30 mm.

도 15은 자석 유닛 배치에 대한 실시예 1의 3차원 자기장 전산모사 결과를 나타내는 도면이고, 도 16은 자석 유닛 배치에 대한 실시예의 슬롯 방향으로 이격 배치된 한 쌍의 자석 유닛의 중심에서의 875G 등치선 형성 모습 및 슬롯과 슬롯 사이에서의 875G 등치선 형성 모습을 나타내는 도면이다.Figure 15 is a diagram showing the results of three-dimensional magnetic field computer simulation of Example 1 for magnet unit arrangement, and Figure 16 is an 875G isoline at the center of a pair of magnet units spaced apart in the slot direction of the example for magnet unit arrangement. This is a diagram showing the formation and the 875G isoline formation between slots.

도 15을 참조하면, 실시예 1의 경우, (a)의 ECR 공명(Electron Cyclotron Resonance) 영역인 875G 등치선 모습과 같이 자석 유닛(170)이 있는 부분과 슬롯(115) 부분에서의 자기장 구배에 의해 등치선이 울통불퉁한 모습을 보이지만 플라즈마 챔버(140) 내부로 형성되는 자기장의 세기는 충분한 것을 확인할 수 있다. (b)의 등치선 모습에서도 원주 방향으로 고온전자가 돌아 회전할 수 있는 자기장 세기와 구배가 효과적으로 형성되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 15, in the case of Example 1, as shown in the 875G isoline, which is the ECR resonance (Electron Cyclotron Resonance) area in (a), due to the magnetic field gradient in the portion where the magnet unit 170 is located and the slot 115 portion. Although the isoline appears uneven, it can be seen that the strength of the magnetic field formed inside the plasma chamber 140 is sufficient. From the isoline in (b), it can be seen that the magnetic field strength and gradient that allows hot electrons to rotate in the circumferential direction are effectively formed.

또한, 도 16을 참조하면, 실시예 1의 경우, (a) 모습과 같이 한 쌍의 자석 유닛(170) 사이에 형성된 등치선은 플라즈마 챔버(140) 내부로 깊숙히 침투해 형성되는 것을 확인할 수 있고, 플라즈마 챔버(140) 내 자기장 등치선의 구배가 "D"모양(plsitive curvature)으로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 등치선 형성에 따라, 고온 전자들이 B-field 곡률 드리프트(Curmature drift) 유도와 확산을 통한 플라즈마 균일도 확보에 우수한 특성을 나타낼 수 있다.In addition, referring to FIG. 16, in the case of Example 1, it can be seen that the isoline formed between the pair of magnet units 170, as shown in (a), is formed by penetrating deep into the inside of the plasma chamber 140, It can be seen that the gradient of the magnetic field isoline within the plasma chamber 140 is formed in a “D” shape (plsitive curvature). According to the formation of this isoline, high-temperature electrons can exhibit excellent characteristics in securing plasma uniformity through induction and diffusion of B-field curvature drift.

또한, (b)의 모습과 같이 슬롯(115)과 슬롯(115) 사이 단면에서 형성되는 등치선은 슬롯(115) 구조에 의해서 불연속적인 자석 유닛(170) 배치가 반영된 결과를 나타내고 있다. 이에 대해, 한 쌍의 자석 유닛(170) 간의 거리를 멀게하여 자석 유닛을 연속적으로 배치하면 슬롯(115) 과 슬롯(115) 사이에서 자기장 등치선의 불연속 구간 발생의 문제를 해결할 수 있으나, 한 쌍의 자석 유닛(170) 간의 먼 거리로 인해 자기장 등치선이 전자기파 입사창(141)과 인접하거나 맞닿게 형성되어 고밀도 플라즈마에 의한 전자기파 입사창(141) 식각 및 열손실 등의 내구성에 문제가 발생될 것으로 예상된다.In addition, as shown in (b), the isoline formed in the cross section between the slots 115 shows the result of reflecting the discontinuous arrangement of the magnet units 170 due to the structure of the slots 115. In contrast, by increasing the distance between a pair of magnet units 170 and arranging the magnet units continuously, the problem of the occurrence of a discontinuous section of the magnetic field isoline between the slots 115 and the slot 115 can be solved, but a pair of magnet units 170 Due to the long distance between the magnet units 170, the magnetic field isoline is formed adjacent to or in contact with the electromagnetic wave incident window 141, which is expected to cause problems with durability such as etching and heat loss of the electromagnetic wave incident window 141 by high-density plasma. do.

도 17는 자석 유닛 배치에 대한 실시예 1의 슬롯 위치 및 위아래 한 쌍의 자석 유닛 위치에서의 자기장의 Radial profiles을 나타내는 도면이다.Figure 17 is a diagram showing the radial profiles of the magnetic field at the slot location and the upper and lower pair of magnet unit locations in Example 1 of the magnet unit arrangement.

도 17를 참조하면, (a)와 같이 서로 마주하는 자석 유닛(170)과 자석 유닛(170) 사이의 위치에서는 전자기파 입사창(141)으로부터 16.9mm 떨어진 지점에 ECR 영역이 형성되고, (b)와 같이 서로 마주하는 슬롯(115)과 슬롯(115) 사이의 위치에서는 전자기파 입사창(141)으로부터 9.8mm 떨어진 지점에 ECR 영역이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 자석 유닛(170)들 사이의 mirror ratio는 Bmax/Becr은 1.86, 슬롯(115) 과 슬롯(115) 사이의 Bmax/Becr은 1.22로 전자 가둠에 충분한 자기력이 형성되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 17, at the position between the magnet units 170 and the magnet units 170 facing each other as shown in (a), an ECR area is formed at a point 16.9 mm away from the electromagnetic wave incident window 141, (b) It was confirmed that an ECR area was formed at a point 9.8 mm away from the electromagnetic wave incident window 141 at a position between the slots 115 and the slots 115 facing each other as shown. At this time, the mirror ratio between the magnet units 170 is B max /B ecr of 1.86, and B max /B ecr between the slots 115 and 115 is 1.22, confirming that sufficient magnetic force is formed to trap electrons. You can.

도 18은 자석 유닛 배치에 대한 비교예 1의 3차원 자기장 전산모사 결과를 나타내는 도면이고, 도 19은 자석 유닛 배치에 대한 비교예의 슬롯 방향으로 이격 배치된 한 쌍의 자석 유닛의 중심에서의 875G 등치선 형성 모습 및 슬롯과 슬롯 사이에서의 875G 등치선 형성 모습을 나타내는 도면이다.Figure 18 is a diagram showing the results of three-dimensional magnetic field computer simulation of Comparative Example 1 for magnet unit arrangement, and Figure 19 is a diagram showing the 875G isoline at the center of a pair of magnet units spaced apart in the slot direction of Comparative Example 1 for magnet unit arrangement. This is a diagram showing the formation and the 875G isoline formation between slots.

도 18을 참조하면, 비교예 1의 경우, ECR 공명(Electron Cyclotron Resonance) 영역인 875G 등치선 모습과 같이 자석 유닛(170)이 있는 부분과 슬롯(115) 부분에서의 자기장 구배에 의해 형성되는 등치선이 실시예와 유사한 모습을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 18, in the case of Comparative Example 1, the isoline is formed by the magnetic field gradient in the area where the magnet unit 170 is located and the slot 115, as shown in the 875G isoline, which is the ECR resonance (Electron Cyclotron Resonance) area. It can be seen that it shows a similar appearance to the example.

도 19을 참조하면, 비교예 1의 경우, (a) 모습과 같이 한 쌍의 사이에 형성된 등치선은 실시예에 비해 플라즈마 챔버(140) 내로 집중되는 모습을 나타내지 못하며, (b)의 모습과 같이 슬롯(115)과 슬롯(115) 사이 단면에서 형성되는 등치선은 실시예와 유사한 모습을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 19, in the case of Comparative Example 1, the isoline formed between the pair as shown in (a) does not show the appearance of being concentrated into the plasma chamber 140 compared to the embodiment, and as shown in (b) It can be seen that the isoline formed in the cross section between the slots 115 and the slot 115 shows a similar shape to that of the embodiment.

도 20는 자석 유닛 배치에 대한 비교예 1의 슬롯 위치 및 위아래 한 쌍의 자석 유닛 위치에서의 자기장의 Radial profiles을 나타내는 도면이다.Figure 20 is a diagram showing the radial profiles of the magnetic field at the slot location and the upper and lower pair magnet unit locations of Comparative Example 1 with respect to the magnet unit arrangement.

도 20를 참조하면, (a)와 같이 서로 마주하는 자석 유닛(170)과 자석 유닛(170)의 위치에서는 전자기파 입사창(141)으로부터 10.4mm 떨어진 지점에 ECR 영역이 형성되고, (b)와 같이 서로 마주하는 슬롯(115)과 슬롯(115) 사이의 위치에서는 전자기파 입사창(141)으로부터 0.9mm 떨어진 지점에 ECR 영역이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 비교예의 경우 ECR 영역이 실시예에 비해 전자기파 입사창(141)에 더욱 가깝게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 20, at the positions of the magnet unit 170 and the magnet unit 170 facing each other as shown in (a), an ECR area is formed at a point 10.4 mm away from the electromagnetic wave incident window 141, and (b) and It was confirmed that an ECR area was formed at a point 0.9 mm away from the electromagnetic wave incident window 141 at a position between the slots 115 and 115 that face each other. Therefore, in the case of the comparative example, it was confirmed that the ECR area was formed closer to the electromagnetic wave incident window 141 than in the example.

이러한 실시예 1및 비교예 1의 비교 결과와 같이, 자석 유닛(170) 들의 크기 및 배치는 플라즈마 챔버(140) 내에 형성되는 ECR 플라즈마 및 전자기파 입사창(141) 간의 거리를 멀게 유지할 수 있어, 전자기파 입사창(141)이 ECR 플라즈마에 의해 손상되는 것을 효과적으로 개선할 수 있다. 따라서, 전자기파 입사창(141) 손상이 방지되고, 나아가 플라즈마 소스부(100)의 내구성이 증대될 수 있는 이점이 있다.As shown in the comparative results of Example 1 and Comparative Example 1, the size and arrangement of the magnet units 170 can maintain a large distance between the ECR plasma formed in the plasma chamber 140 and the electromagnetic wave incident window 141, thereby preventing electromagnetic waves from being transmitted. Damage to the entrance window 141 by ECR plasma can be effectively prevented. Accordingly, there is an advantage in that damage to the electromagnetic wave incident window 141 can be prevented and durability of the plasma source unit 100 can be increased.

본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)는 플라즈마 챔버(140) 내부로 입사되는 전자기파에 간섭을 발생하지 않도록 자석 유닛(170)들을 둘러싸며 냉각수가 이동하는 형태의 유로경로를 형성하는 냉각구조가 구비될 수 있다. 즉, 상기 냉각구조는 슬롯(115)을 가로지르지 않으면서 자석 유닛(170) 주변으로만 냉각수가 흐르도록 구성될 수 있다.The plasma source unit 100 using a resonant waveguide according to an embodiment of the present invention surrounds the magnet units 170 to prevent interference with electromagnetic waves incident inside the plasma chamber 140 and has a flow path through which the coolant moves. A cooling structure forming a path may be provided. That is, the cooling structure can be configured to allow coolant to flow only around the magnet unit 170 without crossing the slot 115.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)의 슬롯 위치에서의 냉각구조를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.Figure 22 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the cooling structure at the slot position of the plasma source unit 100 by the resonance waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 22를 참조하면, 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)는 슬롯(115) 사이에 배치되며 자석 유닛(170)을 둘러싸는 각각의 직선구간 요크(180a)는 두 측벽 내에 슬롯(115)에 평행하게 수직 관통하는 한 쌍의 제1 냉각유로(201)를 포함할 수 있고, 상기 각각의 직선구간 요크(180a)의 한 쌍의 제1 냉각유로(201)를 유체 소통되게 하는 제1 수직 홀(202) 및 제1 가로 유로(203), 및 슬롯(115)을 사이에 두고 서로 이웃하는 직선구간 요크(180a)들의 인접하여 이웃하는 제1 냉각유로(201)들을 유체 소통되게 하는 제2 수직 홀(204) 및 제2 가로 유로(205), 냉각수가 공급되는 제1 유입구(206), 및 냉각수가 배출되는 제1 배출구(207)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 22, for this purpose, the plasma source unit 100 using a resonant waveguide according to an embodiment of the present invention is disposed between the slots 115 and includes each straight section yoke surrounding the magnet unit 170. 180a) may include a pair of first cooling passages 201 passing vertically parallel to the slot 115 within the two side walls, and a pair of first cooling passages 201 of each straight section yoke 180a ( 201), a first vertical hole 202 and a first horizontal passage 203 in fluid communication, and first cooling passages adjacent to each other of straight section yokes 180a with a slot 115 in between. (201) may include a second vertical hole 204 and a second horizontal passage 205 for fluid communication, a first inlet 206 through which coolant is supplied, and a first outlet 207 through which coolant is discharged. there is.

도 22에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 제1 냉각유로(201)는 직선구간 요크(180a)의 측면의 내부를 슬롯(115)에 평행한 방향을 따라 관통되어, 직선구간 요크(180a)가 둘러싸는 한 쌍의 자석 유닛(170)의 좌우측에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 22, the pair of first cooling passages 201 penetrate the inside of the side surface of the straight section yoke 180a along a direction parallel to the slot 115, forming the straight section yoke 180a. It can be placed on the left and right sides of the pair of magnet units 170 that surround it.

일 실시예로, 상기 제1 수직 홀(202) 및 상기 제1 가로 유로(203)는 상기 하부 고정 플레이트(162)를 통해 마련될 수 있다. 즉, 하부 고정 플레이트(162)는 외측에 위치하는 제1 덮개층(161a) 및 내측에 위치하는 제1 유로층(161b)의 적층구조로 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 유로층(161b)은 환형 또는 타원형의 플레이트 형태로 구비될 수 있고, 상기 제1 덮개층(161a)은 상기 직선 구간(S1, S2)의 길이 이하의 길이를 갖는 사각 플레이트 형태 및 상기 곡선 구간(C1, C2)을 덮는 U자 형상의 플레이트 형태로 구비되어 상기 사각 플레이트 형태의 제1 덮개층(161a)은 직선 구간(S1, S2)에서 상기 제1 유로층(161b)에 적층되고 상기 U자 형상의 플레이트 형태의 제1 덮개층(161a)은 곡선 구간(C1, C2)에서 상기 제1 유로층(161b)에 적층될 수 있다. 상기 제1 수직 홀(202)은 상기 제1 유로층(161b)에 형성되는 관통홀일 수 있고, 상기 제1 가로 유로(203)는 상기 제1 유로층(161b)의 제1 덮개층(161a)과 마주하는 표면에 형성된 가로 홈일 수 있다. 부연하면, 상기 제1 수직 홀(202)은 상기 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 각각에 동축으로 연장되고 상기 직선구간 요크(180a)와 밀착하는 표면으로부터 상기 제1 덮개층(161a)과 마주하는 표면을 향해 관통된 홀일 수 있고, 상기 제1 가로 유로(203)는 상기 제1 유로층(161b)의 제1 덮개층(161a)과 마주하는 표면에서 상기 제1 수직 홀(202)에 유체 소통되게 연결되는 가로 홈일 수 있다.In one embodiment, the first vertical hole 202 and the first horizontal passage 203 may be provided through the lower fixing plate 162. That is, the lower fixing plate 162 may be provided in a stacked structure of the first cover layer 161a located on the outside and the first flow path layer 161b located on the inside. For example, the first flow path layer 161b may be provided in the shape of a circular or oval plate, and the first cover layer 161a may be a square shape with a length less than or equal to the length of the straight sections S1 and S2. It is provided in the form of a plate and a U-shaped plate covering the curved sections (C1, C2), and the first cover layer (161a) in the shape of a square plate is the first flow layer (161b) in the straight sections (S1, S2). ) and the U-shaped plate-shaped first cover layer 161a may be laminated on the first flow path layer 161b in the curved sections C1 and C2. The first vertical hole 202 may be a through hole formed in the first flow path layer 161b, and the first horizontal flow path 203 may be a first cover layer 161a of the first flow path layer 161b. It may be a horizontal groove formed on the surface facing the. To elaborate, the first vertical hole 202 extends coaxially to each of the pair of first cooling passages 201 and is connected to the first cover layer 161a from a surface in close contact with the straight section yoke 180a. It may be a hole penetrating toward the facing surface, and the first horizontal flow path 203 is connected to the first vertical hole 202 on the surface facing the first cover layer 161a of the first flow path layer 161b. It may be a horizontal groove connected in fluid communication.

일 실시예로, 상기 제2 수직 홀(204) 및 상기 제2 가로 유로(205)는 상기 상부 고정 플레이트(161)를 통해 마련될 수 있다. 즉, 상부 고정 플레이트(161)는 외측에 위치하는 제2 덮개층(162a) 및 내측에 위치하는 제2 유로층(162b)의 적층구조로 마련될 수 있다. 상기 제2 덮개층(162a)은 상기 제1 덮개층(161a)과 동일한 형태로 구비될 수 있다. 상기 제2 수직 홀(204)은 상기 제2 유로층(162b)에 형성되는 관통홀일 수 있고, 상기 제2 가로 유로(205)는 상기 제2 유로층(162b)의 제2 덮개층(162a)과 마주하는 표면에 형성된 가로 홈일 수 있다. 부연하면, 상기 제2 수직 홀(204)은 슬롯(115)을 사이에 두고 서로 이웃하는 직선구간 요크(180a)들의 인접하여 이웃하는 제1 냉각유로(201) 각각에 동축으로 연장되고 상기 직선구간 요크(180a)와 밀착하는 표면으로부터 상기 제2 덮개층(162a)과 마주하는 표면을 향해 관통된 홀일 수 있고, 상기 제2 가로 유로(205)는 상기 제2 유로층(162b)의 제2 덮개층(162a)과 마주하는 표면에서 상기 제2 수직 홀(204)에 유체 소통되게 연결되는 가로 홈일 수 있다.In one embodiment, the second vertical hole 204 and the second horizontal passage 205 may be provided through the upper fixing plate 161. That is, the upper fixing plate 161 may be provided in a stacked structure of a second cover layer 162a located on the outside and a second flow path layer 162b located on the inside. The second cover layer 162a may be provided in the same form as the first cover layer 161a. The second vertical hole 204 may be a through hole formed in the second flow path layer 162b, and the second horizontal flow path 205 may be a second cover layer 162a of the second flow path layer 162b. It may be a horizontal groove formed on the surface facing the. To elaborate, the second vertical hole 204 extends coaxially to each of the first cooling passages 201 adjacent to each other in the straight section yokes 180a adjacent to each other with the slot 115 in between, and the straight section It may be a hole penetrating from the surface in close contact with the yoke 180a to the surface facing the second cover layer 162a, and the second horizontal flow path 205 is the second cover of the second flow path layer 162b. There may be a transverse groove fluidly connected to the second vertical hole 204 on the surface facing layer 162a.

일 실시예로, 상기 제1 유입구(206)는 상기 상부 고정 플레이트(161) 상에 마련될 수 있다. 즉, 상기 제1 유입구(206)는 상기 상부 고정 플레이트(161)를 관통하는 관통홀을 통해 직선구간 요크(180a)의 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 중 하나로 냉각수를 공급할 수 있다. 부연하면, 제1 유입구(206)는 상기 직선구간 요크(180a)들 중 일측 끝의 직선구간 요크(180a)의 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 중 하나, 즉 다른 직선구간 요크(180a)의 제1 냉각유로(201)와 이웃하지 않는 제1 냉각유로(201)로 냉각수를 공급할 수 있다.In one embodiment, the first inlet 206 may be provided on the upper fixing plate 161. That is, the first inlet 206 can supply coolant to one of the pair of first cooling passages 201 of the straight section yoke 180a through a through hole penetrating the upper fixing plate 161. To elaborate, the first inlet 206 is one of the pair of first cooling passages 201 of the straight section yoke 180a at one end of the straight section yokes 180a, that is, the other straight section yoke 180a. Cooling water can be supplied to the first cooling passage 201 that is not adjacent to the first cooling passage 201 of .

일 실시예로, 상기 제1 배출구(207)는 상기 상부 고정 플레이트(161) 상에 마련될 수 있다. 즉, 상기 제1 배출구(207)는 상기 상부 고정 플레이트(161)를 관통하는 관통홀을 통해 직선구간 요크(180a)의 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 중 하나로부터 냉각수가 배출될 수 있다. 부연하면, 제1 배출구(207)는 상기 직선구간 요크(180a)들 중 타측 끝의 직선구간 요크(180a)의 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 중 하나, 즉 다른 직선구간 요크(180a)의 제1 냉각유로(201)와 이웃하지 않는 제1 냉각유로(201)로부터 냉각수가 배출될 수 있다.In one embodiment, the first outlet 207 may be provided on the upper fixing plate 161. That is, the first outlet 207 can discharge coolant from one of the pair of first cooling passages 201 of the straight section yoke 180a through a through hole penetrating the upper fixing plate 161. . To elaborate, the first outlet 207 is one of the pair of first cooling passages 201 of the straight section yoke 180a at the other end of the straight section yokes 180a, that is, the other straight section yoke 180a. Cooling water may be discharged from the first cooling passage 201 that is not adjacent to the first cooling passage 201 of .

한편, 도시하지는 않았지만, 다른 실시예에 따라, 상기 제1 수직 홀(202) 및 상기 제1 가로 유로(203)는 상기 상부 고정 플레이트(161) 상에 배치될 수 있고, 상기 제2 수직 홀(204) 및 상기 제2 가로 유로(205)는 상기 하부 고정 플레이트(162) 상에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 상기 제1 유입구(206) 및 상기 제1 배출구(207)는 상기 하부 고정 플레이트(162) 상에 배치될 수 있다. 이러한 다른 실시예에 따른, 제1 및 제2 수직 홀(204) 및 제1 및 제2 가로 유로(205)의 배치 구조는 그 위치를 달리하는 것을 제외하고는 상기 일 실시예에 따른 제1 및 제2 수직 홀(204) 및 제1 및 제2 가로 유로(205)의 배치 구조와 동일하므로 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, although not shown, according to another embodiment, the first vertical hole 202 and the first horizontal passage 203 may be disposed on the upper fixing plate 161, and the second vertical hole ( 204) and the second horizontal passage 205 may be disposed on the lower fixing plate 162. In this case, the first inlet 206 and the first outlet 207 may be disposed on the lower fixing plate 162. According to this other embodiment, the arrangement structure of the first and second vertical holes 204 and the first and second horizontal passages 205 is similar to the first and second horizontal passages 205 according to the above embodiment, except that their positions are different. Since the arrangement structure of the second vertical hole 204 and the first and second horizontal passages 205 is the same, a more detailed description will be omitted.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)는 상기 곡선구간 요크(180b)들이 둘러싸는 곡선 구간(C1, C2)의 자석 유닛(170)들의 냉각을 위한 냉각구조를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the plasma source unit 100 using a resonant waveguide according to an embodiment of the present invention has a cooling structure for cooling the magnet units 170 in the curved sections C1 and C2 surrounded by the curved section yokes 180b. may further include.

도 23은 도 1에 도시된 곡선구간 요크를 전개하여 나타내며, 곡선 구간 영구자석들의 냉각을 위한 냉각구조를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 23 shows the curved section yoke shown in FIG. 1 expanded and is a diagram to explain the cooling structure for cooling the curved section permanent magnets.

도 23를 참조하면, 곡선 구간(C1, C2)의 자석 유닛(170)들의 냉각을 위한 냉각구조는, 각각의 곡선구간 요크(180b)는 곡선 구간(C1, C2)을 따라 배열되는 착자 방향이 슬롯(115) 방향과 평행한 한 쌍의 자석 유닛(170)들 각각의 사이 사이에서 곡선구간 요크(180b)의 내부를 슬롯(115)에 평행하게 수직 관통하는 다수의 제2 냉각유로(211)를 포함할 수 있고, 서로 이웃하는 제2 냉각유로(211)의 상단을 유체 소통되게 하는 제3 수직 홀(212) 및 제3 가로 유로(213), 서로 이웃하는 제2 냉각유로(211)의 하단을 유체 소통되게 하는 제4 수직 홀(214) 및 제4 가로 유로(215), 냉각수가 공급되는 제2 유입구(216), 및 냉각수가 배출되는 제2 배출구(217)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 23, the cooling structure for cooling the magnet units 170 in the curved sections C1 and C2 has a magnetization direction in which each curved section yoke 180b is arranged along the curved sections C1 and C2. A plurality of second cooling passages 211 vertically penetrating the inside of the curved section yoke 180b parallel to the slot 115 between each of the pair of magnet units 170 parallel to the direction of the slot 115. It may include a third vertical hole 212 and a third horizontal passage 213 that allow fluid communication between the upper ends of the second cooling passages 211 adjacent to each other, and of the second cooling passages 211 adjacent to each other. It may include a fourth vertical hole 214 and a fourth horizontal passage 215 that allow fluid communication at the bottom, a second inlet 216 through which coolant is supplied, and a second outlet 217 through which coolant is discharged.

일 실시예로, 상기 제3 수직 홀(212) 및 제3 가로 유로(213)는 상기 하부 고정 플레이트(162)를 통해 마련될 수 있다. 즉, 상기 제3 수직 홀(212)은 상기 제1 유로층(161b)에 형성되는 관통홀일 수 있고, 상기 제3 가로 유로(213)는 상기 제1 유로층(161b)의 상기 제1 덮개층(161a)과 마주하는 표면에 형성된 가로 홈일 수 있다. 이러한 제3 수직 홀(212) 및 제3 가로 유로(213)는 그 배치 구조가 상기 제1 수직 홀(202) 및 상기 제1 가로 유로(203)와 유사하므로 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.In one embodiment, the third vertical hole 212 and the third horizontal passage 213 may be provided through the lower fixing plate 162. That is, the third vertical hole 212 may be a through hole formed in the first flow path layer 161b, and the third horizontal flow path 213 may be a through hole formed in the first flow path layer 161b. It may be a horizontal groove formed on the surface facing (161a). Since the arrangement structure of the third vertical hole 212 and the third horizontal passage 213 is similar to that of the first vertical hole 202 and the first horizontal passage 203, a more detailed description will be omitted.

일 실시예로, 상기 제4 수직 홀(214) 및 제4 가로 유로(215)는 상기 상부 고정 플레이트(161)를 통해 마련될 수 있다. 즉, 상기 제4 수직 홀(214)은 상기 제2 유로층(162b)에 형성되는 관통홀일 수 있고, 상기 제4 가로 유로(215)는 상기 제2 유로층(162b)의 상기 제2 덮개층(162a)과 마주하는 표면에 형성된 가로 홈일 수 있다. 이러한 제4 수직 홀(214) 및 제4 가로 유로(215)는 그 배치 구조가 상기 제2 수직 홀(204) 및 상기 제2 가로 유로(205)와 유사하므로 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.In one embodiment, the fourth vertical hole 214 and the fourth horizontal passage 215 may be provided through the upper fixing plate 161. That is, the fourth vertical hole 214 may be a through hole formed in the second flow path layer 162b, and the fourth horizontal flow path 215 may be a through hole formed in the second flow path layer 162b. It may be a horizontal groove formed on the surface facing (162a). Since the arrangement structure of the fourth vertical hole 214 and the fourth horizontal passage 215 is similar to the second vertical hole 204 and the second horizontal passage 205, a more detailed description will be omitted.

일 실시예로, 상기 제2 유입구(216)는 상기 상부 고정 플레이트(161) 상에 마련될 수 있다. 즉, 상기 제2 유입구(216)는 상기 상부 고정 플레이트(161)를 관통하는 홀을 통해 곡선구간 요크(180b)의 일말단에 위치하는 제2 냉각유로(211)로 냉각수를 공급할 수 있다.In one embodiment, the second inlet 216 may be provided on the upper fixing plate 161. That is, the second inlet 216 can supply coolant to the second cooling passage 211 located at one end of the curved section yoke 180b through a hole penetrating the upper fixing plate 161.

일 실시예로, 상기 제2 배출구(217)는 상기 상부 고정 플레이트(161) 상에 마련될 수 있다. 즉, 상기 제2 배출구(217)는 상기 상부 고정 플레이트(161)를 관통하는 홀을 통해 곡선구간 요크(180b)의 타말단에 위치하는 제2 냉각유로(211)로부터 냉각수가 배출될 수 있다.In one embodiment, the second outlet 217 may be provided on the upper fixing plate 161. That is, the second outlet 217 may discharge coolant from the second cooling passage 211 located at the other end of the curved section yoke 180b through a hole penetrating the upper fixing plate 161.

한편, 도시하지는 않았지만, 다른 실시예에 따라, 상기 제3 수직 홀(212) 및 상기 제3 가로 유로(213)는 상기 상부 고정 플레이트(161) 상에 배치될 수 있고, 상기 제4 수직 홀(214) 및 상기 제4 가로 유로(215)는 상기 하부 고정 플레이트(162) 상에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 상기 제2 유입구(216) 및 상기 제2 배출구(217)는 상기 하부 고정 플레이트(162) 상에 배치될 수 있다. 이러한 다른 실시예에 따른 제3 및 제4 수직 홀(214) 및 제3 및 제4 가로 유로(215)의 배치 구조는 그 위치를 달리하는 것을 제외하고는 상기 일 실시예에 따른 제3 및 제4 수직 홀(214) 및 제3 및 제4 가로 유로(215)의 배치 구조와 동일하므로 더 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Meanwhile, although not shown, according to another embodiment, the third vertical hole 212 and the third horizontal passage 213 may be disposed on the upper fixing plate 161, and the fourth vertical hole ( 214) and the fourth horizontal passage 215 may be disposed on the lower fixing plate 162. In this case, the second inlet 216 and the second outlet 217 may be disposed on the lower fixing plate 162. The arrangement structure of the third and fourth vertical holes 214 and the third and fourth horizontal passages 215 according to this other embodiment is similar to that of the third and fourth horizontal passages 215 according to the above embodiment, except that their positions are different. Since the arrangement structure of the four vertical holes 214 and the third and fourth horizontal passages 215 is the same, a more detailed description will be omitted.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)의 자석 유닛(170)들이 냉각되는 과정을 설명한다.Hereinafter, a process in which the magnet units 170 of the plasma source unit 100 are cooled by the resonance waveguide according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 직선구간 요크(180a)를 통해 둘러싸인 자석 유닛(170)들의 냉각 과정은, 제1 유입구(206)를 통해 직선 구간(S1, S2)의 일측 끝에 배치된 직선구간 요크(180a)를 향해 냉각수가 유입된 후, 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 중 하나의 제1 냉각유로(201)를 통과하고, 이어서 제1 수직 홀(202), 제1 가로 유로(203) 및 제1 수직 홀(202)을 순차적으로 통과하면서 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 중 나머지 하나의 제1 냉각유로(201)로 유입되고, 이어서 상기 나머지 하나의 제1 냉각유로(201), 제2 수직 홀(204), 제2 가로 유로(205) 및 제2 수직 홀(204)을 순차적으로 통과하면서 다른 직선구간 요크(180a)의 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 중 상기 나머지 하나의 제1 냉각유로(201)와 이웃하는 제1 냉각유로(201)로 유입되며, 이러한 순차적인 냉각수의 이동 경로를 반복하면서 직선 구간(S1, S2)에 배열되는 직선구간 요크(180a)들을 지그재그로 통과하고, 직선 구간(S1, S2)의 타측 끝에 배치된 직선구간 요크(180a)의 한 쌍의 제1 냉각유로(201) 중 제1 배출구(207)와 유체 소통된 제1 냉각유로(201)에서 제1 배출구(207)를 통해 배출될 수 있다.First, the cooling process of the magnet units 170 surrounded through the straight section yoke 180a is to cool the coolant toward the straight section yoke 180a disposed at one end of the straight section S1 and S2 through the first inlet 206. After flowing in, it passes through one of the first cooling passages 201 of the pair of first cooling passages 201, and then through the first vertical hole 202, the first horizontal passage 203, and the first vertical hole. While sequentially passing through 202, it flows into the remaining first cooling passage 201 of the pair of first cooling passages 201, and then flows into the remaining first cooling passage 201 and the second vertical hole. (204), the first cooling of the remaining one of the pair of first cooling passages 201 of the other straight section yoke 180a while sequentially passing through the second horizontal passage 205 and the second vertical hole 204. It flows into the first cooling passage 201 adjacent to the passage 201, repeats this sequential movement path of the coolant and zigzags through the straight section yokes 180a arranged in the straight sections S1 and S2, In the first cooling passage 201 in fluid communication with the first outlet 207 of the pair of first cooling passages 201 of the straight section yoke 180a disposed at the other end of the straight section S1 and S2, It can be discharged through the outlet 207.

이와 같이, 냉각수는 상기 직선 구간(S1, S2)에서 슬롯(115)을 가로지르지 않고 직선구간 요크(180a)들의 내부를 통과하면서 자석 유닛(170)들을 둘러싸는 형태로 이동하므로 슬롯(115) 및 전자기파 입사창(141)을 통해 플라즈마 챔버(140) 내로 입사되는 전자기파에 간섭이 발생되지 않는 형태의 냉각구조를 통해 자석 유닛(170)들을 냉각시킬 수 있다.In this way, the coolant does not cross the slot 115 in the straight sections S1 and S2, but passes through the inside of the straight section yokes 180a and moves to surround the magnet units 170, thereby forming the slots 115 and The magnet units 170 can be cooled through a cooling structure that does not cause interference to electromagnetic waves incident into the plasma chamber 140 through the electromagnetic wave incident window 141.

한편, 곡선구간 요크(180b)를 통해 둘러싸인 자석 유닛(170)들의 냉각 과정은, 제2 유입구(216)를 통해 곡선구간 요크(180b)의 일말단에 위치하는 제2 냉각유로(211)로로 냉각수가 유입된 후, 제3 수직 홀(212), 제4 가로 유로(215), 제3 수직 홀(212) 및 제2 냉각유로(211)를 순차적으로 통과하며, 이러한 순차적인 냉각수의 이동 경로를 반복하면서 곡선 구간(C1, C2)에 배치되는 곡선구간 요크(180b)를 지그재그로 통과하고, 곡선구간 요크(180b)의 타말단에 위치하는 제2 냉각유로(211)와 유체 소통된 제2 배출구(217)를 통해 배출될 수 있다.Meanwhile, the cooling process of the magnet units 170 surrounded through the curved section yoke 180b is performed by flowing coolant through the second inlet 216 into the second cooling passage 211 located at one end of the curved section yoke 180b. After flowing in, it sequentially passes through the third vertical hole 212, the fourth horizontal passage 215, the third vertical hole 212, and the second cooling passage 211, and this sequential movement path of the coolant Repeatedly passing through the curved section yoke (180b) disposed in the curved section (C1, C2) in a zigzag manner, the second outlet is in fluid communication with the second cooling passage (211) located at the other end of the curved section yoke (180b). It can be discharged through (217).

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)는 냉각수를 이용하여 자석 유닛(170)들 및 유전체로 이루어진 전자기파 입사창(141)을 냉각하므로 냉각 효율이 높고 플라즈마 열에 의한 자석 유닛(170)들 및 전자기파 입사창(141)의 손상을 방지하여 플라즈마 소스부(100)의 내구성을 증대시킬 수 있고, 냉각구조는 냉각수가 슬롯(115)을 가로지르지 않게 구비되므로 슬롯(115) 및 전자기파 입사창(141)을 통해 플라즈마 챔버(140)로 입사되는 전자기파에 간섭이 발생되지 않으며, 이에 따라 플라즈마 챔버(140) 내로 입사되는 전자기파의 손실이 방지된 수냉식의 직접 냉각식 냉각구조가 구현될 수 있다.In this way, the plasma source unit 100 using a resonant waveguide according to an embodiment of the present invention uses cooling water to cool the magnet units 170 and the electromagnetic wave incident window 141 made of a dielectric, so the cooling efficiency is high and the plasma source unit 100 uses coolant. The durability of the plasma source unit 100 can be increased by preventing damage to the magnet units 170 and the electromagnetic wave incident window 141 due to heat, and the cooling structure is provided so that the coolant does not cross the slot 115. (115) and the electromagnetic wave incident window 141 does not cause interference to the electromagnetic waves incident on the plasma chamber 140, and thus the loss of electromagnetic waves incident into the plasma chamber 140 is prevented by water-cooled direct cooling. The structure can be implemented.

도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)를 설명하기 위한 도면이다.Figure 24 is a diagram for explaining the plasma source unit 100 using a resonance waveguide according to another embodiment of the present invention.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)는 도 24에 도시한 바와 같이 자석 유닛(170)은 슬롯(115) 방향에 수직하게 좌우로 배치될 수 있다. 즉, 자석 유닛(170)이 요크(180a, 180b) 내에서 좌우로 배치될 수 있다. 이때, 슬롯(115)을 사이에 둔 이웃하는 자석 유닛(170)은 서로 상대되는 극으로 배치되도록 요크(180a, 180b)가 배열될 수 있다.Meanwhile, in the plasma source unit 100 using a resonance waveguide according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 24, the magnet unit 170 may be arranged left and right perpendicular to the direction of the slot 115. That is, the magnet unit 170 can be arranged left and right within the yokes 180a and 180b. At this time, the yokes 180a and 180b may be arranged so that the neighboring magnet units 170 with the slot 115 in between are disposed with opposing poles.

이러한 경우, 한 쌍의 자석 유닛(170)이 이루는 착자 방향은 슬롯(115) 방향과 수직하고, 한 쌍의 자석 유닛(170)이 형성하는 자기장은 슬롯(115)을 가로지르도록 형성될 수 있다.In this case, the magnetization direction formed by the pair of magnet units 170 is perpendicular to the direction of the slot 115, and the magnetic field formed by the pair of magnet units 170 may be formed to cross the slot 115. .

이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부(100)는 자석 유닛(170)의 크기에 대한 배치가 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 도파관에 의한 플라즈마 소스부와 동일할 수 있고, 이에 따라, ECR 플라즈마가 전자기파 입사창(141)으로부터 멀어지는 동일한 작용 및 효과가 구현될 수 있다.The size and arrangement of the magnet unit 170 of the plasma source unit 100 using a resonance waveguide according to another embodiment of the present invention may be the same as the plasma source unit using a resonance waveguide according to an embodiment of the present invention. Accordingly, the same action and effect of moving the ECR plasma away from the electromagnetic wave incident window 141 can be implemented.

실험예 1 - 코팅 시간에 따른 SEM image와 Raman spectrum dataExperimental Example 1 - SEM image and Raman spectrum data according to coating time

실시예 1에 따른 플라즈마 소스부를 포함하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치를 이용하여 수소 유량 100 sccm, 메탄 유량 50 sccm 조건에서 시간을 각각 7, 15, 30, 60분으로 달리하여 합성한 3차원 그래핀 나노 구조체를 동일 배율에서 측정한 FE-SEM 이미지를 도 5에 나타내었으며, 이에 대한 Raman 측정 결과 및 주요 밴드 상대적 세기를 도 6에 나타내었다.3D graphene nanostructures synthesized using a 3D graphene nanostructure coating device including a plasma source according to Example 1 under conditions of a hydrogen flow rate of 100 sccm and a methane flow rate of 50 sccm at different times of 7, 15, 30, and 60 minutes, respectively. A FE-SEM image of the graphene nanostructure measured at the same magnification is shown in Figure 5, and the Raman measurement results and relative intensities of major bands are shown in Figure 6.

도 6을 참조하면, 3차원 그래핀 나노 구조체의 결함 밀도와 관련된 IG/ID 비율이 2.1 ~ 2.8 정도이며 이는 플라즈마를 이용한 3차원 그래핀 나노 구조체의 결함과 나노 크기의 그래핀 유사 도메인이 있음을 알 수 있다.Referring to Figure 6, the I G / I D ratio related to the defect density of the three-dimensional graphene nanostructure is about 2.1 to 2.8, which is due to the defects and nano-sized graphene-like domains of the three-dimensional graphene nanostructure using plasma. You can see that there is.

실험예 2 - 메탄 유량에 따른 SEM image 및 Capacitance 측정 결과Experimental Example 2 - SEM image and Capacitance measurement results according to methane flow rate

실시예 1에 따른 플라즈마 소스부를 포함하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치를 이용하여 수소 유량을 100 sccm로 고정하고, 메탄 유량은 좌측부터 20, 50, 100 sccm의 조건으로 30분간 합성된 3차원 그래핀 나노 구조체를 동일 배율에서(Х100,000배) 측정한 FE-SEM 이미지를 도 4에 나타내었으며, 이에 대한 Capacitance 측정 결과를 도 7에 나타내었다.Using the three-dimensional graphene nanostructure coating device including the plasma source according to Example 1, the hydrogen flow rate was fixed at 100 sccm, and the methane flow rate was 20, 50, and 100 sccm from the left. Three-dimensional graphene was synthesized for 30 minutes. The FE-SEM image of the graphene nanostructure measured at the same magnification (Х100,000 times) is shown in Figure 4, and the capacitance measurement results thereof are shown in Figure 7.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 바람직한 유량비의 수치범위를 만족하는 경우(도 4 가운데 이미지) 3차원 그래핀 나노 구조체의 상단 가장자리가 질서 있고 균일한 구조를 나타내는 것을 알 수 있으나, 본 발명에 따른 바람직한 유량비의 수치범위의 하한 및 상한에 각각 미달(도 4 좌측 이미지) 하거나 초과(도 4 우측 이미지) 하는 경우 3차원 그래핀 나노 구조체가 온전히 합성되지 않거나 합성되더라도 구조체 상단 가장자리 부분이 불규칙적이 구조를 나타나는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, when the numerical range of the preferred flow rate ratio according to the present invention is satisfied (center image of FIG. 4), it can be seen that the upper edge of the three-dimensional graphene nanostructure exhibits an orderly and uniform structure. However, in the present invention, If the lower and upper limits of the numerical range of the desirable flow ratio are below (left image of Figure 4) or exceeded (right image of Figure 4), the three-dimensional graphene nanostructure is not completely synthesized, or even if synthesized, the upper edge of the structure is irregular. You can see that it appears.

또한 도 4와 도 7을 참조하면, 3차원 그래핀 나노 구조체의 합성 가스 수소, 메탄의 비율에 따라 구조체의 합성에 온전하지 않거나 상단 가장자리 부분의 변형이 발생할 수 있다. 온전히 합성되지 않은 구조체는 표면적 활용이 낮으며, 상단 가장자리 부분의 변형은 전하 저장 중에 이온 포획율이 낮아 capacitance값이 줄어든다.Also, referring to Figures 4 and 7, depending on the ratio of the synthesis gas hydrogen and methane of the three-dimensional graphene nanostructure, the synthesis of the structure may not be complete or the upper edge may be deformed. A structure that is not fully synthesized has low surface area utilization, and deformation of the top edge reduces the capacitance value due to low ion capture rate during charge storage.

도 5와 도7을 참조하면, 합성 시간이 증가할 수록 구조체 사이의 기공 크기가 증가하다 크기가 수렴됨을 알 수 있다. (도 5의 합성 시간은 좌측부터 7, 15, 30, 60분이다.) 합성 시간이 15분 이상인 경우 capacitance값의 크기 변화가 적으며 이는 3차 그래핀 나노 구조체의 표면적이 최대값은 가짐을 알 수 있다. 본 공정에서의 바람직한 합성 시간은 15분임을 확인할 수 있다.Referring to Figures 5 and 7, it can be seen that as the synthesis time increases, the pore size between the structures increases and then converges. (The synthesis times in Figure 5 are 7, 15, 30, and 60 minutes from the left.) If the synthesis time is more than 15 minutes, the change in the size of the capacitance value is small, which means that the surface area of the tertiary graphene nanostructure has the maximum value. Able to know. It can be seen that the preferred synthesis time in this process is 15 minutes.

실험예 3 - 플라즈마 발생 테스트Experimental Example 3 - Plasma generation test

본 발명에 따른 플라즈마 소스부를 이용하여 3차원 그래핀 합성 공정 압력대별 플라즈마 발생 테스트를 진행하고 이를 도 8에 나타내었다.A plasma generation test was conducted for each pressure range in the 3D graphene synthesis process using the plasma source unit according to the present invention, and this is shown in FIG. 8.

도 8을 참조하면, ECR 플라즈마 발생 공정 압력은 0.2 ~ 5mTorr이다. 낮은 압력에서 고밀도 플라즈마 발생이 가능하며, 미세한 건식 식각 공정에 활용 가능하다.Referring to Figure 8, the ECR plasma generation process pressure is 0.2 to 5 mTorr. It is possible to generate high-density plasma at low pressure and can be used in fine dry etching processes.

Claims (23)

금속박막 상에 3차원 그래핀 나노 구조체를 대면적으로 코팅할 수 있는 코팅 장치로서,
상기 금속박막을 이송 및 회수하는 롤투롤부를 포함하는 진공 프로세스 챔버;
상기 진공 프로세스 챔버의 일단과 결합된 플라즈마 소스부; 를 포함하며,
상기 진공 프로세스 챔버에서 3차원 그래핀 나노 구조체 합성 및 코팅이 수행되는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
A coating device capable of coating a three-dimensional graphene nanostructure on a metal thin film over a large area,
A vacuum process chamber including a roll-to-roll unit for transporting and recovering the metal thin film;
A plasma source unit coupled to one end of the vacuum process chamber; Includes,
A 3D graphene nanostructure coating device in which 3D graphene nanostructure synthesis and coating are performed in the vacuum process chamber.
제1항에 있어서,
하나의 진공 프로세스 챔버에서 금속박막의 이송과 수소 플라즈마 전처리, 3차원 그래핀 나노 구조체의 합성 및 코팅, 그리고 금속박막의 회수가 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to paragraph 1,
A 3D graphene nanostructure coating device characterized in that transfer of the metal thin film, hydrogen plasma pretreatment, synthesis and coating of the 3D graphene nanostructure, and recovery of the metal thin film are performed simultaneously in one vacuum process chamber.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 소스부는,
내측면에 복수 개의 슬롯을 포함하는 환형 또는 타원형의 중심 도파관;
상기 중심 도파관으로 전자기파를 전달하는 전자기파 전달 수단;
상기 전자기파 전달 수단에 전자기파를 전달하는 전자기파 공급부; 및
상기 중심 도파관 내부와 밀폐하도록, 상기 슬롯의 출구측에 위치하고, 상기 슬롯을 통해 유입된 전자기파가 외부로 방사될 수 있는, 전자기파 입사창이 형성된 플라즈마 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to paragraph 1,
The plasma source unit,
An annular or elliptical central waveguide including a plurality of slots on the inner surface;
Electromagnetic wave transmission means for transmitting electromagnetic waves to the central waveguide;
an electromagnetic wave supply unit transmitting electromagnetic waves to the electromagnetic wave transmitting means; and
A three-dimensional graphene nanostructure comprising a plasma chamber positioned on an outlet side of the slot to seal the inside of the central waveguide and having an electromagnetic wave incident window through which electromagnetic waves introduced through the slot can be radiated to the outside. Coating device.
제1항에 있어서,
진공 프로세스 챔버에 반응가스가 유입되며,
상기 반응가스는 수소 및 메탄가스가 1:0.1 ~ 1의 유량비를 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to paragraph 1,
Reaction gas flows into the vacuum process chamber,
The reaction gas is a three-dimensional graphene nanostructure coating device, characterized in that hydrogen and methane gas have a flow rate ratio of 1:0.1 to 1.
제2항에 있어서,
상기 진공 프로세스 챔버는 면형히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to paragraph 2,
A three-dimensional graphene nanostructure coating device, wherein the vacuum process chamber further includes a planar heater.
제1항에 있어서,
상기 롤투롤부는 제1롤부 및 제2롤부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to paragraph 1,
The roll-to-roll portion is a three-dimensional graphene nanostructure coating device characterized in that it includes a first roll portion and a second roll portion.
제3항에 있어서,
상기 전자기파 전달 수단은 상기 중심 도파관의 일 측에 설치되며 상기 전자기파 공급부의 전자기파를 상기 중심 도파관 내로 전달하는 튜너이며,
상기 중심 도파관과 상기 튜너 사이에는, 양단이 상기 중심 도파관과 상기 튜너에 각각 직접적으로 연결되는 전달 도파관이 설치되어, 상기 전자기파 공급부로부터의 전자기파가 상기 전달 도파관을 통해 상기 중심 도파관에 전달되며,
상기 전자기파 공급부의 도파관은 상기 중심 도파관의 일 측에 접선을 이루도록 배치되며,
상기 전자기파 전달 수단은 상기 접선에 수직하게 상기 중심 도파관과 상기 전자기파 공급부의 도파관을 관통한 봉형태의 도전체이며,
상기 중심 도파관은 제1 직선형 직각도파관, 상기 제1 직선형 직각도파관에 평행한 제2 직선형 직각도파관, 일측에서 상기 제1 및 제2 직선형 직각도파관의 단부를 전자기파 소통가능하게 연결하는 제1 곡선형 직각도파관 및 타측에서 상기 제1 및 제2 직선형 직각도파관의 단부를 전자기파 소통가능하게 연결하는 제2 곡선형 직각도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to paragraph 3,
The electromagnetic wave transmitting means is a tuner installed on one side of the central waveguide and transmits electromagnetic waves from the electromagnetic wave supply unit into the central waveguide,
A transmission waveguide is installed between the central waveguide and the tuner, both ends of which are directly connected to the central waveguide and the tuner, so that electromagnetic waves from the electromagnetic wave supply unit are transmitted to the central waveguide through the transmission waveguide,
The waveguide of the electromagnetic wave supply unit is arranged to form a tangent to one side of the central waveguide,
The electromagnetic wave transmission means is a rod-shaped conductor that penetrates the center waveguide and the waveguide of the electromagnetic wave supply unit perpendicular to the tangent line,
The center waveguide includes a first straight right angle waveguide, a second straight right angle waveguide parallel to the first straight right angle waveguide, and a first curved right angle connecting the ends of the first and second straight right angle waveguides on one side to enable electromagnetic wave communication. A three-dimensional graphene nanostructure coating device comprising a waveguide and a second curved right-angle waveguide connecting the ends of the first and second straight right-angle waveguides on the other side to enable electromagnetic wave communication.
제7항에 있어서,
상기 직선형 및 상기 곡선형 직각도파관은 TE 모드이고,
상기 직선형 및 곡선형 직각도파관 내 전기장에 수직한 두 면 중 한 면이 내측을 향하도록 세워져 있고,
상기 슬롯은 상기 직선형 직각도파관의 내측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
In clause 7,
The straight and curved right angle waveguides are in TE mode,
One of the two sides perpendicular to the electric field in the straight and curved right angle waveguides is facing inward,
A three-dimensional graphene nanostructure coating device, wherein the slot is formed on an inner surface of the straight right-angled waveguide.
제7항에 있어서,
상기 직선형 직각도파관은 WR430이고, 상기 곡선형 직각도파관은 WR284인 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
In clause 7,
A three-dimensional graphene nanostructure coating device, characterized in that the straight right-angle waveguide is WR430, and the curved right-angle waveguide is WR284.
제7항에 있어서,
상기 슬롯은 상기 중심 도파관의 전자파 순환 방향에 수직하게 직립된 슬롯이며, 상기 중심 도파관의 내측면과 상기 전자기파 입사창 사이에 위치하고, 상기 슬롯 사이에서 배치된 자석 유닛을 포함하고, 상기 전자기파 입사창은 상기 자석 유닛들이 형성한 간격을 밀폐하도록 설치된 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
In clause 7,
The slot is an upright slot perpendicular to the electromagnetic wave circulation direction of the central waveguide, is located between the inner surface of the central waveguide and the electromagnetic wave incident window, and includes a magnet unit disposed between the slots, and the electromagnetic wave incident window is A three-dimensional graphene nanostructure coating device, characterized in that it is installed to seal the gap formed by the magnet units.
제10항에 있어서,
상기 자석 유닛은 상기 중심 도파관에서 토로이달 구조의 자기장을 형성하도록, 상기 슬롯 방향에 평행하게 위아래로 한 쌍이 배치되며, 상기 한 쌍의 자석 유닛이 이루는 착자 방향은 상기 슬롯 방향과 평행함을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 10,
The magnet units are arranged in a pair up and down parallel to the slot direction to form a toroidal magnetic field in the central waveguide, and the magnetization direction formed by the pair of magnet units is parallel to the slot direction. A 3D graphene nanostructure coating device.
제10항에 있어서,
상기 자석 유닛은 상기 슬롯 방향에 수직하게 좌우로 한 쌍이 배치되며,
상기 한 쌍의 자석 유닛이 이루는 착자 방향은 상기 슬롯 방향과 수직하고, 상기 한 쌍의 자석 유닛이 형성하는 자기장은 상기 슬롯을 가로지르는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 10,
The magnet units are arranged in pairs on the left and right perpendicular to the slot direction,
A three-dimensional graphene nanostructure coating device, characterized in that the magnetization direction formed by the pair of magnet units is perpendicular to the slot direction, and the magnetic field formed by the pair of magnet units crosses the slot.
제12항에 있어서,
상기 슬롯을 사이에 두고 인접하는 두 자석이 사이의 상기 슬롯으로부터 전달되는 전자기파가 전달되는 경로는, 상기 슬롯으로부터의 전자파기가 상기 경로를 지나면서 확장되어 상기 중심 도파관의 내측으로 입사되도록, 좁은 입구와 확장된 출구 형상의 수평 단면이 사다리꼴 형상임을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 12,
The path through which the electromagnetic waves transmitted from the slot between the two adjacent magnets with the slot in between are transmitted has a narrow entrance and a narrow entrance so that the electromagnetic waves from the slot expand while passing through the path and enter the inside of the center waveguide. A three-dimensional graphene nanostructure coating device characterized by a trapezoidal horizontal cross-section of the expanded outlet shape.
제13항에 있어서,
상기 한 쌍의 자석 유닛을 둘러싸는, 상기 슬롯 사이에 배치되고, 두 측벽 내에는 상기 슬롯에 평행하게 수직 관통한 한 쌍의 냉각 유로를 포함하는 요크;
상기 중심 도파관의 내측에 위치하고, 상기 중심 도파관의 진행 방향에 따른, 상기 요크의 상면 및 하면을 덮도록 배치된, 환형 또는 타원형 상부 고정 플레이트와 환형 또는 타원형 하부 고정 플레이트;
상기 상부 고정 플레이트를 관통하는 관통홀을 통해 상기 한 쌍의 냉각 유로 중 하나로 냉각수가 공급되는 유입구; 및
상기 상부 고정 플레이트를 관통하는 관통홀로 상기 한 쌍의 냉각 유로 중 하나로부터 냉각수가 배출되는 배출구를 포함하고,
상기 유입구와 배출구 사이에 요크를 포함한 하나 이상의 자석 유닛을 포함하며,
상기 하부 고정 플레이트는 상기 요크의 두 측벽 내에 형성된 한 쌍의 냉각 유로의 말단에 유체소통 연결되는 관통하지 않은 한 쌍의 수직 홀 및 상기 한 쌍의 수직 홀을 상기 하부 고정 플레이트 내에서 유체 소통 연결하는 상기 자석 유닛을 가로지르는 가로 유로를 포함하고,
상기 상부 고정 플레이트는 상기 요크의 한 쌍의 냉각 유로 중 하나와 인접한 상기 요크의 냉각 유로의 말단에 유체소통 연결되는 관통하지 않은 한 쌍의 수직 홀 및 상기 한 쌍의 수직 홀을 상기 상부 고정 플레이트 내에서 유체 소통 연결하는 상기 슬롯을 가로지르는 가로 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 13,
a yoke surrounding the pair of magnet units, disposed between the slots, and including a pair of cooling passages vertically penetrating parallel to the slots within two side walls;
a ring-shaped or oval-shaped upper fixing plate and a ring-shaped or oval-shaped lower fixing plate located inside the center waveguide and arranged to cover the upper and lower surfaces of the yoke along the traveling direction of the center waveguide;
an inlet through which coolant is supplied to one of the pair of cooling channels through a through hole penetrating the upper fixing plate; and
It includes an outlet through which coolant is discharged from one of the pair of cooling passages through a through hole penetrating the upper fixing plate,
Comprising one or more magnet units including a yoke between the inlet and outlet,
The lower fixing plate has a pair of non-penetrating vertical holes fluidly connected to the ends of a pair of cooling passages formed in the two side walls of the yoke, and fluidly connects the pair of vertical holes within the lower fixing plate. It includes a horizontal passage crossing the magnet unit,
The upper fixing plate has a pair of non-penetrating vertical holes fluidly connected to one of the pair of cooling conduits of the yoke and an end of the cooling conduit of the adjacent yoke, and the pair of vertical holes in the upper fixing plate. A three-dimensional graphene nanostructure coating device comprising a horizontal flow path crossing the slot connecting fluid communication in the.
제13항에 있어서,
상기 한 쌍의 자석 유닛을 둘러싸는, 상기 슬롯 사이에 배치되고, 두 측벽 내에는 상기 슬롯에 평행하게 수직 관통한 한 쌍의 냉각 유로를 포함하는 요크;
상기 중심 도파관의 내측에 위치하고, 상기 중심 도파관의 진행 방향에 따른, 상기 요크의 상면 및 하면을 덮도록 배치된, 환형 또는 타원형 상부 고정 플레이트와 환형 또는 타원형 하부 고정 플레이트;
상기 하부 고정 플레이트를 관통하는 관통홀을 통해 상기 한 쌍의 냉각 유로 중 하나로 냉각수가 공급되는 유입구; 및
상기 하부 고정 플레이트를 관통하는 관통홀로 상기 한 쌍의 냉각 유로 중 하나로부터 냉각수가 배출되는 배출구를 포함하고,
상기 유입구와 배출구 사이에 요크를 포함한 하나 이상의 자석 유닛을 포함하며,
상기 상부 고정 플레이트는 상기 요크의 두 측벽 내에 형성된 한 쌍의 냉각 유로의 말단에 유체소통 연결되는 관통하지 않은 한 쌍의 수직 홀 및 상기 한 쌍의 수직 홀을 상기 상부 고정 플레이트 내에서 유체 소통 연결하는 상기 자석 유닛을 가로지르는 가로 유로를 포함하고,
상기 하부 고정 플레이트는 상기 요크의 한 쌍의 냉각 유로 중 하나와 인접한 상기 요크의 냉각 유로의 말단에 유체소통 연결되는 관통하지 않은 한 쌍의 수직 홀 및 상기 한 쌍의 수직 홀을 상기 하부 고정 플레이트 내에서 유체 소통 연결하는 상기 슬롯을 가로지르는 가로 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 13,
a yoke surrounding the pair of magnet units, disposed between the slots, and including a pair of cooling passages vertically penetrating parallel to the slots within two side walls;
a ring-shaped or oval-shaped upper fixing plate and a ring-shaped or oval-shaped lower fixing plate located inside the center waveguide and arranged to cover the upper and lower surfaces of the yoke along the traveling direction of the center waveguide;
an inlet through which coolant is supplied to one of the pair of cooling passages through a through hole penetrating the lower fixing plate; and
It includes an outlet through which coolant is discharged from one of the pair of cooling passages through a through hole penetrating the lower fixing plate,
Comprising one or more magnet units including a yoke between the inlet and outlet,
The upper fixing plate has a pair of non-penetrating vertical holes fluidly connected to the ends of a pair of cooling passages formed in the two side walls of the yoke, and fluidly connects the pair of vertical holes within the upper fixing plate. It includes a horizontal passage crossing the magnet unit,
The lower fixing plate has a pair of non-penetrating vertical holes fluidly connected to one of the pair of cooling conduits of the yoke and an end of the cooling conduit of the adjacent yoke, and the pair of vertical holes in the lower fixing plate. A three-dimensional graphene nanostructure coating device comprising a horizontal flow path crossing the slot connecting fluid communication in the.
제14항에 있어서,
상기 상부 또는 하부 고정 플레이트는, 외측에 위치하는 덮개층과 내측에 위치하는 유로층의 적층 구조이며, 상기 상부 또는 하부 고정 플레이트의 수직 홀은 상기 유로층에 형성된 관통홀이며, 상기 상부 고정 플레이트의 가로 유로는 상기 유로층의 상기 덮개층과 마주하는 표면에 형성된 가로 홈인 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 14,
The upper or lower fixed plate has a laminated structure of a cover layer located on the outside and a flow path layer located on the inside, and the vertical hole of the upper or lower fixed plate is a through hole formed in the flow path layer, and the vertical hole of the upper or lower fixed plate is a through hole formed in the flow path layer. A three-dimensional graphene nanostructure coating device, wherein the horizontal channel is a horizontal groove formed on the surface of the channel layer facing the cover layer.
제14항에 있어서,
상기 상부 또는 하부 고정 플레이트는, 외측에 위치하는 덮개층과 내측에 위치하는 유로층의 적층 구조이며, 상기 상부 또는 하부 고정 플레이트의 수직 홀은 상기 유로층에 형성된 관통홀이며, 상기 상부 고정 플레이트의 가로 유로는 상기 유로층의 상기 덮개층과 마주하는 표면에 형성된 가로 홈인 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 14,
The upper or lower fixed plate has a laminated structure of a cover layer located on the outside and a flow path layer located on the inside, and the vertical hole of the upper or lower fixed plate is a through hole formed in the flow path layer, and the vertical hole of the upper or lower fixed plate is a through hole formed in the flow path layer. A three-dimensional graphene nanostructure coating device, wherein the horizontal channel is a horizontal groove formed on the surface of the channel layer facing the cover layer.
진공 프로세스 챔버 내부에서 제1롤부를 통해 공급된 금속박막에 수소 플라즈마 전처리가 수행되는 제1단계;
상기 금속박막에 3차원 그래핀 나노 구조체가 합성 및 코팅되는 제2단계; 및
3차원 그래핀 나노 구조체가 합성 및 코팅된 금속박막을 진공 프로세스 챔버 내에서 제2롤부를 통해 회수하는 제3단계; 를 포함하는 3차원 그래핀 나노 구조체의 코팅방법.
A first step in which hydrogen plasma pretreatment is performed on the metal thin film supplied through the first roll unit inside the vacuum process chamber;
A second step of synthesizing and coating a three-dimensional graphene nanostructure on the metal thin film; and
A third step of recovering the metal thin film synthesized and coated with the three-dimensional graphene nanostructure through a second roll unit in a vacuum process chamber; Coating method of a three-dimensional graphene nanostructure comprising a.
제18항에 있어서,
상기 진공 프로세스 챔버에 수소 및 메탄가스를 포함하는 반응가스가 유입되며,
상기 수소 및 메탄가스는 1:0.1 ~ 1의 유량비로 유입되는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 18,
A reaction gas containing hydrogen and methane gas is introduced into the vacuum process chamber,
A three-dimensional graphene nanostructure coating device, characterized in that the hydrogen and methane gases are introduced at a flow ratio of 1:0.1 to 1.
제18항에 있어서,
상기 진공 프로세스 챔버는 1 ~ 3 mTorr의 공정압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체 코팅 장치.
According to clause 18,
A three-dimensional graphene nanostructure coating device, characterized in that the vacuum process chamber maintains a process pressure of 1 to 3 mTorr.
제18항에 있어서,
상기 제2단계는 1 ~ 60분간 합성하는 단계인 것을 특징으로 하는 3차원 그래핀 나노 구조체의 코팅방법.
According to clause 18,
The second step is a method of coating a three-dimensional graphene nanostructure, characterized in that it is a step of synthesis for 1 to 60 minutes.
금속박막; 및
상기 제18항 내지 제22항에 따른 3차원 그래핀 나노 구조체의 코팅방법에 따라 제조되며, specific capacitance가 2.0 F/cm2이상인 3차원 그래핀 나노 구조체.
metal thin film; and
A three-dimensional graphene nanostructure manufactured according to the coating method for a three-dimensional graphene nanostructure according to claims 18 to 22, and having a specific capacitance of 2.0 F/cm 2 or more.
제22항에 있어서,
기공의 크기가 10 ~ 300 nm인 3차원 그래핀 나노 구조체.
According to clause 22,
A three-dimensional graphene nanostructure with a pore size of 10 to 300 nm.
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