2018 Fiscal Year Research-status Report
電子放出面の電位構造が従来と逆になる電子源を用いた新規超小型イオン推進機の実現
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18K18910
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
鷹尾 祥典 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (80552661)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村上 勝久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20403123)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気推進 / 電子源 / グラフェン / イオン源 / 超小型衛星 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超小型衛星にも搭載可能なイオン推進機の飛躍的な性能向上には、元来小さい電子源(中和器)の更なる小型化と高効率化が不可欠である。本研究では、この電子源の抜本的な変革に注目し、正にバイアスされた電位面から電子放出が可能で低電圧でも高電流密度が得られるグラフェン電子源を利用する事で、電位構造が従来と異なる新しいイオン源の創出とともに超小型イオン推進機の性能向上を目指す。
2018年度は、触媒の有無、成膜温度の低温化、酸化膜の厚さを変えることで欠陥を抑制するプロセス条件を求め、グラフェン電子源の性能向上を図った。その結果、研究開始前に得られていたグラフェン電子源の電圧-電流特性として、10 V程度の電圧印加により電流密度は1平方cm当たり60 mA程度、電子引き出し効率も約10%だったものが、プロセス条件の改善により、電流密度が1平方cm当たり90 mA程度、電子引き出し効率が20-30%とそれぞれ大幅に上昇した電子源を再現性良く作製することが可能となった。
一方、グラフェン電子源の放出面積は現状数10から数100平方マイクロメートルであり、電流量としてはイオン源に利用するレベルには到達していない。そこで、グラフェン電子源をイオン源用の電子源として新しいイオン源を作製する前に、従来のフィラメント熱電子源を用いたイオン源の作製を進めた。このイオン源の作製に当たっては、将来グラフェン電子源への置き換えを行う事を考慮し、従来のイオン源とは異なり、イオン引き出しグリッド電極の近い側にフィラメント電子源を配置する設計とした。作製したイオン源は20 mm四方（高さ9 mm）の放電室を持ち、20-30 V程度でプラズマ放電を維持できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要で述べた通り、グラフェン電子源の性能向上およびイオン源の作製が実現できているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は以下の方法により研究を遂行する。
①グラフェン電子源の大電流化:
これまで引き上げてきた電子引き出し効率、ならびに、高い電流密度を維持しながら、１つの素子面積の増大や小さい素子をアレイ状に作製することにより電流量の増加を目指す。
②イオン源の改良ならびに放電の解析:
昨年度までに作製したイオン源の改良を行い、より低いガス流量での放電が可能な実験条件を求める。また、これまでに構築してきた、プラズマ粒子計算（PIC: Particle-in-Cell法）による数値解析も行い放電特性を把握する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた額は当該年度所要額に対して4%であり、概ね予定通り使用したと言える範囲と考えられる。結果、次年度も当初予定通り助成金の使用を行う。
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[Presentation] Graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission device and its applications2018
Author(s)
Katsuhisa Murakami, Joji Miyaji, Ryo Furuya, Manabu Adachi, Masayoshi Nagao, Yoshihiro Nemoto, Masaki Takeguchi, Yoichiro Neo, Yoshinori Takao, Yoichi Yamada, Masahiro Sasaki, and Hidenori Mimura
Organizer
31st International Vacuum Nanoelectronics Conference
Int'l Joint Research / Invited
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