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Quantitative measurements of electron collision cross section to realize the high precise plasma modelings

Research Project

Project/Area Number 19K03812
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 14030:Applied plasma science-related
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

Hoshino Masamitsu  上智大学, 理工学部, 教授 (40392112)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords電子衝突 / 衝突断面積 / プラズマ素過程 / 低エネルギー電子分光
Outline of Research at the Start

現在、半導体プロセスや核融合反応におけるプラズマモデリング入力のための素過程データとして利用される電子衝突断面積データセットは、大半が理論計算に基づき予測されている。しかしながら、計算値が実験的に測定された衝突断面積と大きくかけ離れた値を示すことも少なくない。そこで、本研究では、プラズマモデリングに必要不可欠な衝突断面積を実験的に精密測定し、理論計算の有用性を検証し、より現実に近い高精度なモデリングを行うための衝突断面積データベースを構築する。これにより理論計算の正当性を検証できるだけでなく、実験値を用いたより現実に近いプラズマモデリングの実現が見込まれる。

Outline of Final Research Achievements

In order to realize a high precise plasma modeling, which is used to elucidate the behavior of semiconductor processes and fusion plasmas, it is necessary to quantitatively measure and evaluate collision cross-section data in electron collisions with atoms and molecules. Therefore, we aimed to experimentally evaluate and verify the collision cross-section, which has until now included large uncertainties.
As a result, we proposed several new methods for obtaining highly reliable electron collision integral cross-section data in this project, derived to succeed in constructing cross-section datasets for various target molecules, and finally we reported the results. It is expected that this research will be useful in updating the database of plasma-related molecules and improving the accuracy of plasma modellings.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、我々の日常生活で欠かせないあらゆる電子機器に搭載される半導体はプラズマを使って生成される。そこではプラズマの挙動を解明するためのプラズマモデリングが行われ、その入力データとして電子衝突断面積データセットが利用されるが、大半が理論計算による予測が使われてきた。
本課題において、プラズマモデリングに必要不可欠な電子衝突断面積を実験的に精密測定、評価、理論計算の有用性をあらゆる面から詳細に検証し、衝突断面積データベースの構築に成功した。その結果、これまで以上の高精度かつ現実に近いプラズマモデリングの実現が期待され、学術面における基礎データの提供に加え、社会的な貢献も果たすことができた。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Universidade NOVA de Lisboa(ポルトガル)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Experimental and BEf-scaled cross sections for electron-impact excitation of ammonia molecules from near threshold to high-intermediate energy2023

    • Author(s)
      M. Hoshino, A. Yodo, P. Limao-Vieira, H. Tanaka
    • Journal Title

      The European Physical Journal D

      Volume: 77 Issue: 7

    • DOI

      10.1140/epjd/s10053-023-00728-z

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] High-resolution and high-precision measurements of total cross section for electron scattering from CO22023

    • Author(s)
      M. Kitajima, A. Kondo, N. Kobayashi, T. Ejiri, T. Okumura, K. Shigemura, K. Hosaka, T. Odagiri, M. Hoshino
    • Journal Title

      The European Physical Journal D

      Volume: 77 Issue: 11

    • DOI

      10.1140/epjd/s10053-023-00777-4

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Experimental and BEf-scaled cross sections for electron-impact excitation of atoms and molecules2024

    • Author(s)
      M. Hoshino
    • Organizer
      Workshop on electron collision processes and related plasma spectroscopy
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Electron impact excitation of the lowest-lying state in ammonia from near threshold to high-intermediate energy2023

    • Author(s)
      A. Yodo, M. Hoshino, P. Limao-Vieira, H. Tanaka
    • Organizer
      XXI International Workshop on Low-Energy Positron and Positronium Physics and XXIII International Symposium on Electron-Molecule Collisions and Swarms (POSMOL2023)
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プラズマプロセスに関連する分子の電子衝突断面積データセットのためのビーム交差実験2023

    • Author(s)
      星野正光
    • Organizer
      「プラズマの分光診断と原子分子素過程の研究フロンティア」・「原子分子データ応用フォーラムセミナー」合同研究会
    • Related Report
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  • [Presentation] 低エネルギー電子衝撃によるCD4分子の振動励起断面積と同位体効果2023

    • Author(s)
      要藤明洋、星野正光
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季大会
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  • [Presentation] Quantitative measurements of electron collision cross sections and their database related to plasma modeling2022

    • Author(s)
      星野 正光
    • Organizer
      75th Annual Gaseous Electronic Conference and 11th International Conference of Reactive Plasmas
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 低エネルギー電子と極性分子の衝突における前方散乱補正と衝突断面積の定量性に関する考察2021

    • Author(s)
      星野正光、丸山航平、要藤明洋、菱山直樹
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
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  • [Presentation] 交差ビーム法を用いた電子衝撃による電離断面積測定22021

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      丸山航平、星野正光
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
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  • [Presentation] Isotope effect observed in collision cross sections by low-energy electron impact2021

    • Author(s)
      星野正光
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      XXII International Symposium on Electron-Molecule Collisions and Swarms
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      丸山航平、星野正光
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      星野正光, 要藤明洋
    • Organizer
      日本物理学会 第75回年次大会
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    • Author(s)
      星野正光、要藤明洋、菱山直樹、田中大
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
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      2019 Research-status Report
  • [Remarks] 上智大学理工学部物質生命理工学科電子物性研究室ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/view/sophia-hoshino-lab/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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