Development of in-liquid plasma jet production method and synthesis of diamond semiconductor crystal

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05170
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 豊田 洋通 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (00217572)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プラズマジェット加工 / 液中プラズマ / ダイヤモンド / ダイヤモンド半導体

Outline of Annual Research Achievements

液中プラズマCVD法を用いた，非移行式の10kW液中プラズマジェット加工装置を設計・製作した。設計当初のプラズマジェットノズルは，電極（リング状陽極）の損傷が激しく，磁場を用いた回転アークプラズマ発生電極に設計変更を行い，プラズマ発生実験を行った。磁場は，ネオジム（Nd）永久磁石の同心状アレイにより実現し，電極中心線からの距離と配置数を変更して実験を行った。陰極先端部での磁束密度が0-4[mT]のときは，磁場なしのアークジェットと状況が変わらず，磁束密度が4-6[mT]のときは，非常に良い回転アークの放電状態が得られた。磁束密度が6[mT]以上の場合は，間欠放電（放電が途切れる）アーク状態となった。これは，アークに対して非常に大きなローレンツ力が加わり回転周期が小さくなる作用が発生し，アークの回転半径が小さくなる(アークが陽極に到達できなくなる)ことで間欠的で不安定なアーク放電になると考えられた．本装置において，安定した磁気回転アークジェットを得るために最適な磁束密度の大きさは4-6[mT]であった．ノズルの円周方向に対して一様な磁束を放電部に印加することで，安定した磁気回転アークジェットを発生させることができた．ダイヤモンド合成実験に関しては，従来型の磁場なしアークプラズマジェット加工装置を用いて行ったのだが，コロナ禍の制限により回数を行えず，十分進捗できず，結晶性の良いダイヤモンド合成の実現ができなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

コロナ禍で，学生が半年以上自宅学習（オンライン学習）となったのと，実験ができても，密を制限されたスケジュールで行われたため，装置を用いた実験の進捗が非常に遅かった。

Strategy for Future Research Activity

今年度も４月早々から，コロナ禍で，学生が自宅学習となっている。学生の登校が可能となったら，新型の磁場回転アーク方式プラズマジェット加工装置でダイヤモンド合成実験を行っていきたい。