작성일 : 11-01-05 17:19
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플라즈마 이야기 (대우가족 1997.7.1 )
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글쓴이 :
문환구
 조회 : 5,017
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수 백년 역사를 자랑하는 유럽대학 건물의 어느 유리창은 오랜 세월동안 유리가 조금씩 흘러 내려서 위쪽은 얇고 아래쪽은 두껍게 된 곳이 있다고 한다. 흘러내리는 물질을 액체라고 하는데 그렇다면 유리는 액체일까?
유리와 같이 눈으로 보기에는 고정된 상태를 유지하는 듯 하지만 아주 조금씩 변형이 진행 중인, 비정질 물질이라 불리는, 어정쩡한 상태의 물질과 액체이면서 결정구조를 갖는 액정 등 고체와 액체의 경계가 어색한 경우도 있어 이 분야를 연구하는 물리학분야를 고체물리학 대신 응집물리학이라고도 한다.
우리가 접하는 대부분의 물질은 고체, 액체, 기체로 분류되곤 하는데 기체상태와 비슷하지만, 전하를 띤 입자인 전자와 이온이 들뜬 상태의 중성입자와 섞여 있는 상태의 물질을 플라즈마라 하고 흔히 물질의 4번째 상태라고 한다.
실제로는 우주 구성물질의 99% 이상이 플라즈마 물질이지만 태양을 포함한 별과 성간 물질 등 우리 주변과 너무 떨어져 있거나 번개 등 순간적이고 위험한 것이 대부분이라 자연상태의 플라즈마를 느끼기는 쉽지 않다.
그렇지만 필요에 따라 가볍고 튼튼한 합금이나 순도 높은 기체를 만들듯이, 플라즈마를 만들어 쓰기도 하는데, 여기에는 핵융합반응을 위한 고온 플라즈마와 형광등 속의 방전기체 등과 같이 실생활에 사용되는 저온 플라즈마가 있다.
원래 플라즈마는 1만도 이상의 고온을 유지해야 하지만 저온 플라즈마는, 구성물질 중 아주 일부를 차지하면서 질량도 작은 전자만이 고온이고 나머지 대부분을 차지하는 중성원자가 전자와 열 평형을 이루지 않고 상대적으로 낮은 온도를 유지하고 있어서 존재 가능하다. 여기에다 플라즈마를 유지하는 계의 압력을 1백분의 1기압 이하로 낮추어 주어야 한다.
저온 플라즈마가 실용화되면서 플라즈마 내부의 전자와 이온의 운동에너지를 활용하거나 들뜬 상태에 있는 중성기체들의 활성도를 이용하여 물질표면에 박막을 형성하는 공정이 산업에 응용되고 있다.
대표적인 예로 질화막 등을 금속표면에 형성시켜 광택을 띠게 하거나 단단하게 만들어 주는 표면처리공정과, 각종 박막을 반도체 기판 위에 형성시키는 박막 제조공정 등이 있다.
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