2021 Fiscal Year Annual Research Report
Computational analyses on asymmetric directional electron transport and partial resonance originating in the arrangement of electric and magnetic fields in inductively coupled magnetized plasmas
| Project/Area Number |
19K03780
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
菅原 広剛 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (90241356)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 電子エネルギー利得 / 電子サイクロトロン共鳴 / 部分共鳴 / 平均電子速度 / 交流電界応答 / 非対称性 / 指向性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
材料処理他に供される弱電離低気圧ラジオ周波数磁化プラズマ中の電子へのエネルギー供給過程である部分共鳴現象（一時的電子サイクロトロン共鳴）に着目し，その利用に資する装置と磁界の設計制御の基礎知見を得るため計算機シミュレーションを通じ次の１～３の観察と検討を行った。
１．単電子運動追跡による電子エネルギー利得観察では，新定量評価指標を導入し電子エネルギー獲得過程とそれに影響する周方向移流指向性を観察した。指標には電子出発方向立体角の重みと自由飛行中の衝突散乱確率を反映させ部分共鳴発現に適した条件の探索対象となる複数の変数の影響を一括反映させた。これにより部分共鳴が起こる共鳴域での電子滞在時間とエネルギー増減の電子出発位置・位相毎の比較や周方向移流との相関観察が容易になった。また，電子流非対称性と共鳴域での電子エネルギー増加傾向が再確認された。
２．磁界形状・強度と励磁コイル・励起源アンテナ配置への依存性観察では，励磁コイル間隔を変え共鳴域を広げた磁界の下で従来の天井励起型に加え側壁励起型のアンテナ配置で磁界強度とアンテナ位置を変えつつ電子エネルギー増減や部分共鳴の分布を観察した。電子へのエネルギー供給はアンテナ径・位置に強く依存することと共鳴域がアンテナから離れていても部分共鳴が生じることが確認された。
３．交流電界直流磁界下電子輸送特性観察では，電子流指向性を表し電子エネルギー増減に直接関わる平均電子速度ベクトルの周期応答解析条件を電磁界直交から任意交差角に拡張一般化した。任意交差角でも同ベクトルが楕円軌跡を描くことを確認し，材料処理用実ガスの一種フッ素を例に同ベクトルの電界方向からの周期的な逸れ方が電磁界交差角に応じて立体的に傾く様子を観察した。一定衝突周波数モデルに基づく簡素化近似理論式も同様に一般化し，実ガスとモデルガス中の同ベクトルの応答の比較でその傾向の共通性を確認した。
|
