Kim Plasma Group
Engineering Solutions Driven by Experimental & Theoretical Plasma Physics
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Welcome to the Kim Plasma Group
Our mission is to advance semiconductor and display manufacturing, electric-propulsion systems, particle accelerators, and fusion-energy technologies through physics-based plasma engineering. We combine experiments and advanced diagnostics with theoretical modeling and in-house multiscale plasma simulation to characterize, understand, and control plasma generation, transport, and plasma-surface interactions. Building on these insights, we develop next-generation plasma sources and process equipment, delivering optimized solutions that improve efficiency, uniformity, stability, and reproducibility. By translating fundamental plasma physics into practical technologies, we aim to help shape the future of advanced manufacturing and energy systems.
김 플라즈마 연구실에 오신 것을 환영합니다
우리 연구실은 플라즈마 물리학에 기반한 공학적 접근을 통해 반도체·디스플레이 제조, 전기추진, 입자가속기 및 핵융합 에너지 기술의 발전을 이끌고자 합니다. 실험과 첨단 진단, 이론적 모델링, 자체 개발한 다중스케일 플라즈마 시뮬레이션을 유기적으로 결합하여 플라즈마의 생성·수송·플라즈마-표면 상호작용을 규명하고 제어합니다. 이를 바탕으로 차세대 플라즈마 소스와 공정 장비를 개발하며, 효율·균일성·안정성·재현성을 높이는 최적화된 공학 솔루션을 제시합니다. 기초 플라즈마 물리학을 실질적 기술로 확장함으로써 첨단 제조 및 에너지 시스템의 미래를 만들어가고자 합니다.
Source Engineering
Source Engineering
우리 연구실은 데이터 과학과 결합한 전기적·고속 광학·레이저 진단을 통해 반도체 공정과 우주탐사에 활용되는 직류, 고주파, 마이크로파 플라즈마 장비를 특성화하고 개발합니다. 다양한 진단으로 얻은 데이터를 통합 분석하여 플라즈마의 시공간적 변화, 입자 에너지 분포 및 불안정성을 규명하고, 이를 바탕으로 플라즈마 소스와 이온빔·전기추진 장치의 성능과 운전 안정성을 향상시키고자 합니다.
Our laboratory combines data science with electrical, high-speed optical, and laser diagnostics to characterize and develop direct-current, radio-frequency, and microwave plasma systems for semiconductor processing and space exploration. By integrating data from complementary diagnostic techniques, we investigate plasma dynamics, particle energy distributions, and instabilities to improve the performance and operational stability of plasma sources, ion beam systems, and electric propulsion devices.
Hybrid Fluid–Kinetic Simulation
Hybrid Fluid–Kinetic Simulation
유체–운동론 플라즈마 시뮬레이션과 이온빔 시뮬레이션을 결합한 통합 다중물리 시뮬레이션 프레임워크 IMPACT(Integrated Multiphysics Plasma Analysis and Coupled Transport)를 개발하고 있습니다. IMPACT는 플라즈마 생성부터 이온빔 인출과 반응성 입자 수송까지 통합적으로 해석하며, 다양한 물리 모듈을 연계·확장할 수 있는 구조를 지향합니다. 전자기장, 전자 에너지 분포, 플라즈마 화학반응 및 입자 수송을 연계하여 플라즈마의 공간적 특성과 인출·수송되는 입자의 조성, 플럭스 및 에너지 분포를 예측합니다. 특히 이온빔의 가속·집속, 라디칼과 준안정종의 수송·소멸, 전하교환에 의한 고속 중성입자 생성을 함께 고려합니다. 이를 통해 장치 구조와 운전 조건이 플라즈마 및 빔 특성에 미치는 영향을 분석하고, 반도체 공정용 플라즈마 소스·이온빔 시스템과 우주 추진용 플라즈마 추력기의 설계 및 최적화에 기여하고자 합니다.
Our laboratory is developing IMPACT, an integrated multiphysics simulation framework that couples hybrid fluid–kinetic plasma simulation with ion beam simulation. IMPACT addresses plasma generation, ion beam extraction, and reactive species transport within a unified framework designed to support the integration of additional physics modules. By coupling electromagnetic fields, electron energy distributions, plasma chemistry, and particle transport, we predict the spatial characteristics of plasmas and the composition, fluxes, and energy distributions of extracted and transported particles. The framework accounts for ion beam acceleration and focusing, the transport and loss of radicals and metastable species, and the generation of fast neutrals through charge exchange. We investigate how device geometry and operating conditions shape plasma and beam properties, supporting the design and optimization of plasma sources and ion beam systems for semiconductor processing, as well as plasma thrusters for space propulsion.
Modeling
Modeling
자화 저온 플라즈마에서 발생하는 불안정성과 비선형 현상을 이해하고 예측하기 위한 물리 모델을 개발합니다. 회전 구조의 형성과 변화, 진동 모드 간 결합, 입자 수송 및 에너지 전달을 연구하며, 특히 플라즈마 구조의 공간적 형상이 입자 가열과 수송에 미치는 영향을 분석합니다. 이론 모델과 수치해석을 실험 진단 결과와 연계하여 복잡한 플라즈마 거동을 지배하는 물리 원리를 규명하고, 플라즈마 장치의 제어와 최적화를 위한 기반을 마련하고자 합니다.
Our laboratory develops physics-based models to understand and predict instabilities and nonlinear phenomena in magnetized low-temperature plasmas. We investigate the formation and evolution of rotating structures, coupling between oscillation modes, particle transport, and energy transfer, with particular emphasis on how the spatial geometry of plasma structures influences particle heating and transport. By connecting theoretical models and numerical analyses with experimental diagnostics, we aim to uncover the physical mechanisms governing complex plasma behavior and establish a foundation for plasma control and device optimization.
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