2001 Fiscal Year Annual Research Report

プラズマイマーションイオンプロセシング(PIIP)による材料表面処理の基礎研究

Research Project

Project/Area Number	12680470
Research Institution	IWATE UNIVERSITY
Principal Investigator	藤原民也岩手大学, 工学部, 教授 (70042207)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高木浩一岩手大学, 工学部, 助教授 (00216615) 八代仁岩手大学, 工学部, 助教授 (60174497) 佐藤信安岩手大学, 教育学部, 教授 (20001290) 小石川利明岩手製鉄, 鋳物事業部, 課長(研究職) 佐々木哲彦宮城高等専門学校, 電気工学科, 教授 (50026308)
Keywords	PBII / PIIP / グロー放電 / パルスパワー / イオン注入 / 表面処理 / パルス放電 / フラックス
Research Abstract	本研究目的は、高繰り返しパルスモジュレータを用いた大容量・高密度グロー放電プラズマの高繰り返し生成、それとイオン引出し用のパルスバイアスを組み合わせることにより、金型のような三次元複雑形状物の表面処理(クリーニング、被膜)や表面改質(イオン注入)など高品質化をおこなうことである。本研究目的を実現するため、1)パルスグロー放電のプラズマパラメータや、プラズマから材料への熱流束の把握、2)プラズマ生成用またバイアス印加用のパルスモジュレータの開発、3)流体モデルを用いた数値解析を行った。以下に成果をまとめる。 1. パルネグロー放電のプラズマパラメータを電流・電圧特性やプローブ計測、分光診断で求めた。プラズマの電子密度は3×10^<11>cm^<-3>で約8μsに渡って維持できた。この間にプラズマの回転温度は450℃から650℃まで増加した。これは熱流束を生み出す。RFプラズマに-0.8kVパルスバイアスを加えて、投入電力に対する熱流束の割合を求めたところ、約40%となることがわかった。 2. イオンマトリクスからボームシースに変わる前の、きわめて薄いシースからのイオン引出しを目的に、SOSダイオードと誘導性エネルギー蓄積方式を組み合わせてパルス電源を試作した。出力電圧は-20kV、繰り返しは数百Hz、パルス幅は60nsと、ボームシースの形成時間(約1μs)に比べじゅうぶんに短い。 3. 2Dの流体モデルによる数値解析を行った。電極材のスパッタを防ぐためにアースシールドを施した場合、著しくプラズマの空間分布が変わることを確認した。プローブ測定を行ったところ、分布の形状は計算結果とよく一致した。また,イオン種の数密度についても化学反応モデルを用いて解析した。窒素では,N_<2>^<+>,N_<4>^<+>が多くなることなどが明らかになった。

Research Products
(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] K.Takaki, D.Koseki, T.Fujiwara: "Heat flux distribution on a substrate in capacitively coupled radio-frequency discharges"Applied Physics Letters. 80・9(in press). (2002)
[Publications] 高木浩一, 向川政治, 藤原民也: "パルスバイアス印加時のRFプラズマから基板への熱流束"プラズマ応用科学. 9. 105-112 (2001)
[Publications] K.Takaki, D.Taguchi, S.Mukaigawa, T.Fujiwara: "Characteristics of a high-current glow discharge for surface treatment"Proc. of Frontiers of Surface Engineering 2001 Conference, Nagoya, Japan. 219 (2001)
[Publications] K.Toda, K.Takaki, S.Kato, T.Fujiwara: "Removal of NO and NOx using a multipoint-type dielectric barrier discharge at a narrow gap"Journal of Physics D : Applied Physics. 34. 2032-2036 (2001)
[Publications] K.Takaki, D.Taguchi, T.Fujiwara: "Voltage-current characteristics of high-current glow discharges"Applied Physics Letters. 78・18. 2646-2648 (2001)
[Publications] K.Takaki, T.Fujiwara, et. al.: "A capacitor discharge technique with optimized energy for joining ceramics"Vacuum. 65(in press). (2002)
[Publications] 電気学会プラズマイオン注入調査専門委員会(高木浩一:分筆): "プラズマイオン注入法とその応用(電気学会技術報告第860号)"電気学会プラズマ技術委員会. 59 (2001)

2001 Fiscal Year Annual Research Report

プラズマイマーションイオンプロセシング(PIIP)による材料表面処理の基礎研究

Principal Investigator

藤原 民也 岩手大学, 工学部, 教授 (70042207)

Research Products

[Publications] K.Takaki, D.Koseki, T.Fujiwara: "Heat flux distribution on a substrate in capacitively coupled radio-frequency discharges"Applied Physics Letters. 80・9(in press). (2002)

[Publications] 高木浩一, 向川政治, 藤原民也: "パルスバイアス印加時のRFプラズマから基板への熱流束"プラズマ応用科学. 9. 105-112 (2001)

[Publications] K.Takaki, D.Taguchi, S.Mukaigawa, T.Fujiwara: "Characteristics of a high-current glow discharge for surface treatment"Proc. of Frontiers of Surface Engineering 2001 Conference, Nagoya, Japan. 219 (2001)

[Publications] K.Toda, K.Takaki, S.Kato, T.Fujiwara: "Removal of NO and NOx using a multipoint-type dielectric barrier discharge at a narrow gap"Journal of Physics D : Applied Physics. 34. 2032-2036 (2001)

[Publications] K.Takaki, D.Taguchi, T.Fujiwara: "Voltage-current characteristics of high-current glow discharges"Applied Physics Letters. 78・18. 2646-2648 (2001)

[Publications] K.Takaki, T.Fujiwara, et. al.: "A capacitor discharge technique with optimized energy for joining ceramics"Vacuum. 65(in press). (2002)

[Publications] 電気学会プラズマイオン注入調査専門委員会(高木浩一:分筆): "プラズマイオン注入法とその応用(電気学会技術報告 第860号)"電気学会 プラズマ技術委員会. 59 (2001)

藤原民也岩手大学, 工学部, 教授 (70042207)

[Publications] 電気学会プラズマイオン注入調査専門委員会(高木浩一:分筆): "プラズマイオン注入法とその応用(電気学会技術報告第860号)"電気学会プラズマ技術委員会. 59 (2001)