저온 플라스마와 첨단사업


엄 환 섭


머리말

최근, 플라스마(plasma)라는 용어가 첨단 과학기술 분야에 빈번히 나온다. 플라스마는 섭씨만도 이상의 고온에서 물질이 이온화된 상태로, 고체, 액체, 기체를 뒤이은 제4의 물질상태로 불린다. 이와 같은 고온에서는 충돌에 의하여 원자나 분자로부터 음전기를 띈 전자가 분리되며, 전자와 양전기를 띈 이온이 혼돈상태로 섞여 있는 것이 플라스마이다. 우리가 볼 수 있는 우주의 약 99 퍼센트는 플라스마 상태로 되어 있다(The Plasma Universe). 플라스마는 우주생성의 처음 3분을 제외한 과거 1백2십억년 동안 우주를 형성했으며, 또한 미래의 우주를 형성할 것이다 (Plasma is Forever). 플라스마는 다양한 조건과 성질에 따라서, 밀도와 온도 또한 다양하다. 예를 들면, 천체 플라스마의 일반적인 밀도는 매 10입방 미터 당 플라스마 입자 하나가 존재하는데 반하여, 레이저로 압축된 플라스마의 밀도는 매 입방 센티미터 속에 1025개의 입자가 들어있다. 이와 같이 압축된 플라스마의 밀도는 보통액체밀도의 수백 배에 해당한다. 플라스마 온도 또한 다양하여, 가스방전에서 생긴 플라스마의 온도는 천도인데, 핵융합 장치 속의 플라스마는 온도가 무려 1억도나 된다. 그러나, 대부분의 플라스마는 온도가 수만도 이하인 저온 플라스마이다. 그림 1은 허블 우주망원경을 이용하여 찍은 오리온 네뷸라(Orion Nebula)의 사진으로 별을 생성하고 있는 모든 물질도 역시 플라스마이며 온도가 수만도 이하인 저온 플라스마이다. 밤하늘에서 볼 수 있는 모든 별들은 대부분 저온 플라스마이다. 우리에게 엄청난 에너지를 방출해 주고 있는 태양도 역시 저온 플라스마이다. 태양의 에너지는 다른 별들과 마찬가지로 핵융합에 의하여 방출된다. 그렇지만, 핵융합 장치의 플라스마 같지 않게, 태양 내부의 온도는 수만도 밖에 안되는 저온 플라스마이다. 사실 태양 내부에서의 핵융합은 대단히 천천히 일어나고 있어서, 태양물질 1톤에서 일어나고 있는 핵융합 출력은 2내지 3와트에 불과하다. 그러나, 태양이라는 엄청난 크기 (2⁓1030 킬로그램)에서 나오는 총 출력은 4⁓1026 와트가 되어, 1초 동안에 나오는 태양의 에너지를 모을 수만 있다면 우리 인류문명이 현재 쓰는 비율로 1백만년을 사용할 수 있다. 60 킬로그램인 인간이 운동할 때에 수백와트의 열이 나오는 것을 비교하면 태양은 대단히 느린 핵융합을 한다. 그래서, 인간이 80평생을 살 때에 태양은 수십억년을 존속하는 것 같다.

플라스마 연구의 역사적 배경

지구는 우주의 일부이지만, 대기층의 보호로 플라스마로부터 격리되어 있다. 그래서, 우리는 플라스마를 느끼지 못하고 살았다. 지구표면에서 살고 있는 인간은 일찌기 번개(자연방전현상), 극광, 지구자장과 태양흑점 등을 관찰했지만, 19세기말에 방전으로부터 전자와 X-ray를 발견한 후에야 이것들이 플라스마 현상이라는 것을 알게 되었다. 1920년대에는 플라스마 진동현상을 발견했고, 라디오파가 이온층에서 반사하는 현상을 관찰한 후에야 지구는 플라스마로 휩싸여 있다고 추측하게 되었다. 1930년대에 플라스마 속에 있는 하전입자들의 제어를 이용한 가속기의 연구가 시작되었으며, 40년대 초에는 전자가속 공명장치를 이용한 전자파 발진에 관한 기술이 시작되었다. 1940년대 중반에 처음으로 별과 별 사이에 자장이 있다는 이론이 나왔고, 자장과 별 사이에 존재하는 플라스마와의 상호작용으로 생긴 알프빈파(Alfven Wave)를 발견하였다. 알프빈파의 이론과 자기능률 보존의 법칙 때문에 우주선(Cosmic Ray)이 생긴다는 것을 알게 되었고, 또한 이것들을 관찰하게 되었다. 1950년대에 인공위성이 성공적으로 발사되어 지구 플라스마층(이온층)과 태양풍을 상세히 연구하면서 플라스마 물리학이 시작되었다. 그 후에 인류의 미래 에너지 문제를 근본적으로 해결한다는 원대한 꿈을 가진 물리학자들이 핵융합 연구를 하면서 플라스마 연구가 본격적으로 시작되었던 것이다. 구미선진국들은 지난 30여년 동안 핵융합 연구에 많은 투자를 하고 있다. 그 대표적인 예가 미국의 프린스톤 플라스마 연구소이다. 5천여명 이상의 미국 물리학자가 플라스마 분과에 속해 있으며 거의 대다수가 핵융합 연구를 하고 있다. 한편, 입자 가속기와 전자파 발생연구로 비중성(nonneutral) 플라스마에 관한 연구가 70년대에 본격화되었으며, 나머지 플라스마 물리학자들이 이 분야에 종사하고 있다. 이와 같이 현재 대부분의 플라스마 연구는 핵융합과 비중성 플라스마 연구에 한정되어 있었던 것이다. 우리 나라의 플라스마 연구도 기초과학 지원연구소를 중심으로 한 핵융합 연구와 포항 가속기 연구소를 중심으로 한 비중성 플라스마가 주종을 이루고 있다.

핵융합과 천체물리

플라스마 연구에서 가장 대표적인 것은 역시 핵융합 연구였다. 핵융합은 태양에서 일어나고 있는 에너지 창출현상이며, 이 연구는 인류의 미래 에너지 문제를 해결할 장기과제이다. 핵융합 연구는 플라스마를 속박하는 방법에 따라서 구별하는데, 자장으로 속박하는 자기핵융합(Magnetic Confinement Fusion)과 관성으로 속박하는 관성핵융합(Inertial Confinement Fusion)이 있다. 가장 성공적인 자기핵융합 장치는 도넛 형태의 토카막(Tokamak)이다. 1967년 처음으로 토카막 실험이 성공한 후에 장족의 발전을 하여, 현재 토카막의 기능은 사십만 배나 증가하였다. 짧은 동안이지만, 1만 킬로와트의 핵융합 출력이 프린스톤에 있는 토카막 실험로에서 최근 발생하였다. 1960년대에는 레이저 기술의 발전과 더불어 플라스마를 레이저로 압축하는 관성핵융합이 시작되었다. 중수소와 삼중수소로 만든 작은 구형의 타겟(target)에 레이저를 사방에서 직사하면 레이저의 힘에 의하여 이 타겟이 더워지면서 압축되는데 이때 마치 작은 수소폭탄과 같이 핵융합이 일어난다. 압축된 타겟의 밀도는 액체밀도의 100배로서 타겟 하나에서 핵융합 부산물로 약 20조의 중성자가 최근 실험에서 발생하였다.

미우주 개발과 인공위성 발사는 우주 플라스마와 천체 플라스마 연구의 핵심을 이룬다. 지자기층에서의 플라스마 속박과 플라스마파의 발견, 태양으로부터 분사되는 플라스마에 의한 태양풍 등은 인공위성에 의해 관측된 것들이다. 이러한 관찰을 통해서 우주선의 생성과 전파, 별의 형성, 은하계의 동역관계 등을 연구하게 된다. 천체 플라스마 물리의 깊은 이해는 필경 우주의 신비를 푸는 열쇠가 되겠다.

플라스마의 산업적 응용

플라스마 공정의 이해와 제어가 개선됨에 따라 이의 산업적 응용도 증가하게 되었다. 플라스마는 오늘날 전력, 전자공학 그리고 신소재 산업에 꼭 필요한 물질이다. 최초의 플라스마의 산업응용은 탄소 아아크등의 발광체였으며, 그 뒤에 가스방전, 고출력 스위치, 용접 아아크로 사용되었다. 고출력 스위치는 지금도 전력산업에 중요한 위치를 차지하고 있으며, 자기핵융합, 고출력 레이저 개발, 그리고 방위산업에도 이용된다. 고출력 펄스(pulse) 기술은 신소재 개발에 사용되는 강한 전자빔(beam)이나 이온빔을 만드는데 이용되며, 플라스마 스위치는 아주 짧은 시간동안에 많은 전류를 흐르게 하는 장치이다. 플라스마 스위치 동작시간이 1백만분의 1초에서 1억분의 5초로서 아주 짧다. 플라스마는 비행기외부에 설치하는 강한 전등(lighting)으로도 사용되며, 플라스마 디스플레이(display)는 벽걸이 TV를 개발하게 될 수도 있는 신기술이다. 플라스마를 이용한 자외선은 드라이 잉크, 코오팅, 그리고 새로운 접착제를 만드는데 사용된다.

플라스마 이론 물리학자들에 의하여 시작된 현대 솔리톤(Soliton) 이론은 분산하지 않는 솔리톤 전파 특성을 이용하여 새로운 통신개념을 개발하며, 이를 대양간 통신에 사용할 가능성 여부를 연구 중이다. 태양풍, 자장층, 이온층의 모델연구는 지구 근처의 우주기상을 예견하게 하며, 이 결과로 인공위성이나 장거리 전력배선의 동작에 정확성을 기하게 한다.

고출력 전자파 발진장치의 연구는 레이더 개발과 핵융합 플라스마를 데울 목적으로 시작하였다. 최근에 개발된 클라이스트론(Klystron) 전자파 발진장치 하나에서, 짧은 순간이지만, 2천만 킬로와트의 전자파 출력이 나왔으며, 이러한 고출력 전자파는 고성능 세라믹의 표면처리에 사용됨으로서 새로운 상품가치가 있다. 자유전자 레이저(Free Electron Laser)는 플라스마와 가속기 기술로부터 탄생하였다. 자유전자 레이저는 라디오파로부터 적외선 가시광선 자외선 그리고 X-레이까지 광범위한 주파수의 전자파를 발진할 수 있는 장치이다. 비중성 플라스마(Nonneutral Plasma)의 또 다른 응용은 반물질(Antimatter)을 저장하는 것이며 이 반물질이 상물질과 화합하면서 강한 전자파를 발생하는 성질을 이용하여 물질구조나 의료부문에 진단용으로 사용할 수 있다.

가장 중요한 저온 플라스마 응용은 현대 미세 전자공학 산업이다. 다른 방법으로 도달할 수 없는 영역을 플라스마는 제공한다. 어떠한 매개물도 플라스마가 제공하는 가스온도와 에너지 밀도에 도달치 못한다. 어떠한 매개물도 플라스마의 천이성과 불균형성을 제공 못한다. 따라서, 플라스마는 화학반응 경로를 바꾸며 신소재와 표면반응의 새로운 방법을 제공한다. 플라스마를 구성하고 있는 하전입자들은 전장이나 자장에 의하여 손쉽게 제어되기 때문에, 중성 매개물로서는 성취할 수 없는 산업분야에 많이 이용될 수 있다. 그래서, 고집적 컴퓨터 칩 공정에 필요한 에칭, 침전, 그리고 표면변화에 저온 플라스마가 이용되기도 한다.

플라스마 공정은 신소재 개발에 많이 이용되고 있다. 플라스마에 의한 화학증기 침전은 다이아몬드 필름과 초전도 필름 개발에 쓰기도 하며, 플라스마 분사기술은 녹스는 것을 방지하기도 한다. 화학반응을 제어하는 플라스마는 유독 폐기물 제거에 이용되며, 현재 플라스마 토치(Torch)를 이용한 소각로를 개발 중이다.

플라스마 이온주입

위에 몇 가지 예를 들은 것처럼, 플라스마는 21세기 첨단산업의 여러 분야에서 중추적인 역할을 할 것으로 기대되기도 한다. 한 예로서, 공구를 단단하게 하는 플라스마 이온 주입(Implantation)을 좀더 구체적으로 고찰해 보도록 하자. 금속 표면에 질소 원소를 주입시키어 표면의 성질을 변화하면, 공구의 표면이 단단해지거나 또는 마모율이 감소되기도 한다. 그래서 공구 표면에 질소나 크롬 등의 이온을 주입하였다. 예전에는 질소 이온 등을 입자 가속기를 이용하여 가속한 다음, 이들을 공구의 표면에 입사시켰다. 그래서, 편편한 공구 표면을 처리하였다. 그런데 만일, 처리하려는 공구에 고전압의 음전위를 가하면서 주입하고자 하는 원소로 만든 플라스마 속에 삽입하면, 플라스마 속의 양이온들이 공구 속으로 주입되고 따라서 공구 표면이 단단해지거나 재처리된다. 이러한 표면처리 방법을 플라스마 이온주입(Plasma Source Ion Implantation)이라고 한다. 그래서, 플라스마 이온주입에 의한 표면처리는 처리하려는 표면이 결코 편편할 필요가 없다. 어떠한 형태의 표면도 처리가 가능한 것이다. 그림 2는 플라스마 이온주입을 도식화한 모형도이다. 챔버 속에 플라스마를 발생하고 처리하고자 하는 공구를 플라스마 속에 넣었다. 안전성을 유지하기 위하여, 챔버벽은 지구에 접지 시킨다. 그림에 표시한 것처럼, 고전압의 음 전위가 공구에 걸릴 때마다 양이온들이 공구 표면으로 삽입되어 들어간다. 이온들이 표면에 삽입되면 표면의 물리적 내지는 화학적인 성질이 변화하게 된다.

플라스마 이온 주입 기술은 처음에는 인체의 골격 일부를 재생하기 위하여 개발되기 시작하였다. 예를 들어, 합금으로 인체의 무릎 뼈를 만들고 플라스마 이온주입 방법을 이용하여 질소 원소를 합금 무릎 뼛속에 충분히 주입하면 이 무릎 뼈가 잘 마모되지 않고 오랫동안 사용할 수 있게 된다는 것이다.[1] 그 외에도 플라스마 이온 주입 기술은 중성자 발생장치[2] 등에도 이용될 수 있다. 그러나, 요사이에는 플라스마 이온주입이 공구나 각종 기계부품처리에 사용될 전망이다.

자동차, 비행기 또는 공구 제조업자들은 표면이 더욱 견고하고 부스러지지 않는 부품을 만드는 것이 꿈이었다. 부품의 표면에 전기도금을 할 수도 있으나, 도금을 하는 중에 여러 가지 인체나 환경을 파괴하는 폐기물들이 나오게 된다. 그리고, 전기도금이 벗겨진 부품은 역시 쓸모 없게 된다. 이러한 문제를 해결할 방법으로 이온 주입 기술이 시작되었다. 처음 실시된 이온주입 기술은 재래 가속 장치를 이용하여 양이온을 가속하고 원하는 표면에 쪼이는 것이었다. 이온은 부품 표면 깊숙이 주입되어 표면의 물리적인 성질이 변하게 되는 것이다. 이온주입으로 처리하면 잘 마모되지 않는 좋은 부품을 생산할 수 있으나, 실제 공장에서 사용할 수 있을 정도로 실용화하기 힘든 문제점이 있다. 양이온 가속기는 대단히 비싸다. 이러한 장치를 하나 설립하는데 적어도 1백만 달러가 든다. 부품의 표면을 견고하게 하기 위하여 질소 원자를 주입한다고 할 때, 10 미리 암페어의 이온이 나오는 가속기를 적어도 56시간을 작동해야 5 평방미터의 표면에 필요한 이온을 주입할 수 있다. 우선 경제적으로 타산이 맞지 않는다. 그리고, 가속기에 의한 이온 주입법은 편편한 부품의 표면에만 사용할 수가 있다.

이와 같은 어려움을 해결하기 위하여, 플라스마 이온 주입법을 개발할 필요가 있었다. 대형 플라스마 발진기 내에 1 입방 센티미터당 10억개 정도의 양이온을 생성한다. 처리하려는 부품을 플라스마 속에 넣고, 5십 내지는 1백 킬로볼트의 음 전위를 부품에 걸어주면, 플라스마 속의 이온들이 부품의 표면 속으로 삽입해 들어간다. 플라스마 발진기의 크기와 비슷한 부품들의 표면을 플라스마 이온 주입으로 처리할 수 있는 것이다. 이렇게 처리된 부품들의 표면은 예상한대로 잘 마모되지 않고 견고하며 또한 대단히 매끄럽다. 예를 들어, 그림 3에서 보는 것처럼, 질소 플라스마 이온주입 처리를 하면, 마모율은 약 3십분의 1로 감소하고, 마찰 상수는 절반으로 떨어지며, 6십배쯤 더 견고해진다. 부품 표면에 탄소 플라스마를 주입할 경우에는, 표면에 탄소 박막 즉 다이아몬드 박막이 생길 수도 있어서 신소재의 양상을 나타내는 것을 관찰하기도 하였다. 이러한 표면은 바닷물과 같이 부식이 심한 환경 속에서도 잘 견디는 것을 볼 수 있었다. 특히, 탄소 플라스마 이온주입은 마찰 상수를 줄이기 때문에 볼 베어링을 만드는데 효율적이라 한다.

현재 플라스마 이온 주입의 연구와 개발에 가장 앞서가고 있는 장치 중의 하나가 미국 로스알라모스국립연구소에 있는 것인데, 이 장치는 로스알라모스연구소와 제네랄 모터스 회사가 합작으로 CRADA (Corporative Research And Development Agreement)라는 것을 만들어 실시하는 실험이다. 몇 년 전부터, 미국은 국책사업으로 국립연구소나 국방연구소에 있는 기술을 회사와 함께 공유하도록 하는 CRADA를 만들어서 운영하고 있다. 그래서 각 연구분야마다 CRADA를 결성하여 함께 연구하고 개발하는 것이 요사이 유행처럼 되었다. 그 중의 하나가 위에서 언급한 플라스마 이온 주입 CRADA인 것이다. 이 연구 개발 중에 자동차의 피스톤과 더불어 다른 여러 부품들도 플라스마 이온주입 처리를 하여 성능을 증진하였다는 보고가 있었다. 최근에 로스 알라모스 연구소에서 수행하고 있는 플라스마 이온주입 기술이 미국의 1백대 기술개발 중의 하나로 선정되었다.

플라스마 이온주입에 관한 기술이 로스 알라모스 등의 연구소에서 상당히 개발되고 있다. 그림 4는 플라스마 속에 처리하려는 공구를 넣고 음전위를 걸었을 때에 공구 주위의 플라스마에 일어나는 현상을 슈퍼컴퓨터를 써서 시뮬레이션으로 연구한 사진이다. 이 시뮬레이션 연구는 로스 알라모스 과학자들에 의하여 실시되었으며, 음 전위가 걸릴 때에 5만개의 양이온과 전자들의 궤적을 추적하면서 계산한 것이다. 음 전위에 의한 강한 전장 속에서 전자들이 매우 빠른 속도로 공구로부터 도망한다. 뒤에 남아있는 양이온들은 공구를 향하여 움직이고 필경 공구의 표면 속으로 삽입되어 들어간다. 이러한 시뮬레이션 연구를 통해서 양이온들이 얼마나 균일하게 주입되는가 또는 날카로운 표면이나 패인 골에도 이온들이 제대로 주입되는가 하는 여러 가지 기술적인 문제들을 연구하게 된다. 그러나, 플라스마 이온주입 기술이 생산시장에 대량으로 이용되려면 아직도 풀어야할 많은 문제점들이 남아있다. 플라스마 대량 생산에 따른 비용문제 등이 그 중의 한 예가 되겠다.

플라스마 이온 주입 장치는 우리 나라의 기간 산업인 자동차와 조선업에 많은 기여를 할 것으로 예상한다. 자동차에 사용되는 각종 부품들을 플라스마 이온 주입으로 처리하면 부품의 수명을 연장하고 효율을 높이며 더 맵시있게 만들 수 있는 것이다. 배에 필요한 각종 부품들도 더욱 개선할 수 있을 것이다. 공구회사에서도 각종 도구들의 수명을 연장하고 맵시있게 만들어 낼 수도 있을 것이다. 비행기, 헬리콥터, 배, 탱크 등 각종 움직이는 군사 장비의 성능을 높이고 정비시간을 단축하는 데에 또한 기여할 것으로 예상된다. 이러한 장비 속에 들어있는 부품들의 마모와 부식을 방지하는 데에 아주 유용할 것이다. 군대에서 많이 사용되는 부품이 대포이다. 몇 백발의 포탄을 발사한 후에는 대포의 포신내벽을 다시 정비하여야 한다. 만일 대포의 내벽을 플라스마 이온 주입으로 처리한다면 정비하는 횟수를 급격히 줄일 수도 있을 것이다.

기계 부품이나 공구의 향상과 더불어 플라스마 이온주입은 다른 분야의 응용에도 기대할 수 있다. 물체 표면에 플라스마 이온 주입을 하면 이온이 물체 표면에 들어가서 그 부위의 물리적 내지는 화학적 성질을 변화하여 새로운 소재를 만들어 내기도 한다. 그래서, 이온 주입장치는 하나의 신소재 개발 방법이 되기도 한다. 플라스마 이온주입 장치는 넓고 복잡하게 생긴 물체의 표면에 이온을 주입할 수 있고 또한 여러 부품들을 한꺼번에 이온주입을 할 수 있어서 이온처리 비용을 급격히 절감할 수 있다. 이온주입을 하려는 부품에 음전위를 부하하면 그 주위에 이온층이 생기는데, 이 속에 들어있는 이온들이 부품의 표면 속으로 주입되어 들어간다. 플라스마를 생성하는 가스의 종류와 플라스마를 만드는 방법에 따라서 여러 종류의 이온들을 만들 수 있고 이러한 이온들을 선별적으로 부품 속에 주입할 수 있는 다양성이 있다. 플라스마를 생성하는 데에 이용되는 가스들은 대개 질소, 산소, 암모니아, 메탄, 에틸렌 등이 있다. 필요하다면, 음극을 방전시키어 음극을 이루고 있는 금속이온을 만들어서 부품에 주입하기도 한다. 이처럼, 플라스마 이온 주입장치는 다양한 종류의 이온들을 복잡하게 생긴 부품 속에 주입하여 여러 가지 공구나, 장비 부품들의 수명을 연장하고 또한 효율을 증가시킬 수가 있다. 플라스마 이온 주입 장치가 처음에 시작한 것처럼, 각종 의료장치에도 사용되고 있다. 예를 들어, 인공 무릎을 만들어 이식하기도 하며, 의족이나 기타 인체의 일부를 만들어 사용하기 때문에 의학부문의 많은 응용이 있을 것으로 기대되고 있다.

앞으로의 저온 플라스마 연구방향

위에서 기술한 것처럼, 저온 플라스마의 산업적인 응용은 상당히 오래 전부터 실시되었으나, 1980년대 중반에 이르러 산업계에서 플라스마 응용이 활발해지면서 저온 플라스마에 대한 연구가 갑자기 각광을 받기 시작하였다. 물리학과 첨단기술 7권 9호 특집난에 게재된 논문들[3-6]에서 볼 수 있는 바와 같이, 저온 플라스마는 이미 고집적 컴퓨터칩, 신소재, 차세대 평판 디스플레이 등과 같은 과학기술 개발에 중요한 역할을 하고 있으며 다른 분야의 이용에도 무한한 가능성이 있다. 저온 플라스마는 또한 환경과학 분야에서도 중추적인 역할을 하고 있다.

그러나, 지금까지의 저온 플라스마 기술 개발은 다분히 경험적인 방법에 의존해 왔다. 개개의 개발 목표가 심화되고 에너지 효율성 등이 문제가 되면서 경험적인 방법을 사용한 기술개발은 한계에 부딪치게 되었다. 따라서, 이제는 저온 플라스마의 성질에 대한 체계적인 기초연구가 필요하게 되었으며 차세대 플라스마의 급진적인 발전에 대비하여 저온 플라스마 분야의 학문적 정립과 기초연구가 절실히 필요한 때라고 본다. 기존의 플라스마 이론은 하전입자들이 중심이 되어 장거리 힘인 전장이나 자장으로 기술되었다. 그래서, 대부분의 물리적인 현상들을 거시적으로 설명할 수 있었다. 그러나, 이온화율이 낮은 플라스마 속에서는 하전입자와 더불어 중성입자들의 역할이 중요하며, 따라서 모든 입자들의 물리 내지는 화학적 반응을 미시적으로 연구해야만 한다. 예를 들어, 이미 성숙한 핵융합 연구는 완전 이온화가 된 플라스마에 관한 연구이다. 하전입자에 의한 전자장으로 이러한 플라스마의 현상을 충분히 기술할 수가 있었던 것이다. 입자들의 충돌마저도 하전입자들의 집단에 의한 전기적인 힘 즉 쿨롬의 힘에 의하여 설명되었다. 그러나, 최근에 연구가 시작된 저온 플라스마는 이온화율이 아주 낮은 것이 그 특징이다. 이온화율이 수십만 내지는 수백만분의 1 정도이다. 저온 플라스마는 대부분 증성입자로 구성되어 있다는 것이다. 충돌도 이원(Binary) 충돌을 고려해야만 한다. 그래서, 입자 상호간의 물리적 내지는 화학적 반응을 중요시하고, 미시적으로 연구해야 할 때가 된 것이다. 그리고, 특히 학제간의 입체적이고 유기적인 관계를 형성하면서 저온 플라스마를 연구해야만 하겠다.

참 고 문 헌

[1] J. R. Conrad, J. Appl. Phys. 62, 777 (1987) and the references therein.

[2] H. S. Uhm and W. M. Lee, J. Appl. Phys. 69, 8056 (1991).

[3] 엄환섭, 물리학과 첨단기술 7(9), 2 (1998).

[4] 최은하, 강승언, 물리학과 첨단기술 7(9), 7 (1998).

[5] 장홍영, 물리학과 첨단기술 7(9), 17 (1998).

[6] 홍상희, 물리학과 첨단기술 7(9), 27 (1998).

엄환섭 교수는 1976년 메릴랜드대학에서 플라스마로 이학박사 학위를 취득한 후, 메릴랜드대학 물리학과에서 연구교수(플라스마 기초연구)로, 미해상 전술연구소에서 연구위원으로 재 직하였으며, 현재 아주대학교 물리학과 교수로 재직 중이다.(hsuhm@madang.ajou.ac.kr)