Metastable species have been an interest in a wide variety of gaseous electronics appli-
cations such as gas discharge lasers, flat-panel displays and plasma-aided manufacturing due to its unusual properties: long-radiative life time and high (electronic) potential energy. Recently, an anomalous evolution of argon metastable density with plasma discharge power(electron density) was reported [A. M. Daltrini, S. A. Moshkalev, T. J. Morgan, R. B. Piejak, and W. G. Graham, Appl. Phys. Lett. 92, 061504 (2008)]. Although the importance of the metastable atom and its density has been reported in a lot of literature, however, a basic physics behind the anomalous evolution of metastable density has not clearly understood yet. In this study, we investigated a simple global model to elucidate the underlying physics of the anomalous evolution of argon metastable density with the electron density. On the basis of the proposed simple model, we reproduced the anomalous evolution of the metastable density and disclosed the detailed physics for the anomalous result. Drastic changes of dominant mechanisms for the population and depopulation processes of Ar metastable atoms with electron density, which take place even in relatively low electron density regime, is the clue to understand the result.
준안정상태 종들은 기체 방전 레이저, 평판 디스플레이 그리고 플라즈마를 이용하는 제조 공정등 여러 기체 방전 응용 분야에서 그 특이성(긴 방사 수명, 높은 전기적 퍼텐셜 에너지) 때문에 많은 관심을 받아왔다. 최근 플라즈마 파워(전자 밀도)에 따른 준안정 아르곤 중성밀도의 특이 거동이 학계에 발표되었다. 그동안 준안정 중성 밀도 거동은 그 중요성 때문에 많은 연구가 수행되어 왔지만 최근 발표된 이 특이 거동은 준안정 중성 밀도 거동의 기본적인 물리가 아직 정립되어 있지 못하였기 때문에 여전히 이해되지 못한 채 남아 있었다. 이 연구에서는 글로벌 모델을 이용하여 준안정 아르곤 중성밀도의 전자밀도에 대한 특이 거동을 재현해 내었고, 그 배경적 메커니즘을 규명해 내었다. 준안정상태 중성종은 다른 일반적인 들뜬 상태의 중성종과는 달리 지배적인 생성과 소멸 메커니즘이 전자밀도에 따라 크게 변화함을 확인 할 수 있었다. 특히 낮은 전자밀도에서 소멸 메커니즘 변화는 준안정상태 중성종 밀도가 낮은 전자밀도에서 감소하게 되는 현상을 설명하는 핵심이다. 반면 높은 전자밀도에서는 생성과 소멸 메커니즘이 모두 전자충돌에 기인하기 때문에 준안정 상태 중성 밀도는 다시 증가하게 된다.
