2013 Fiscal Year Research-status Report
対向発散磁界を印加した誘導結合型プロセスプラズマ中の反応性粒子流の計算機解析
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25400528
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
菅原 広剛 北海道大学, 情報科学研究科, 准教授 (90241356)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 磁化プラズマ / 誘導結合型プラズマ / フィルタ効果 / シミュレーション / 電子空間分布 / 電子エネルギー利得 / 磁界制御 / 電子サイクロトロン共鳴 |
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| Research Abstract |
対向発散磁界が誘導結合型プロセスプラズマ中の電子の行動を制限し分界面でプラズマを強弱２領域に分ける。計算機シミュレーションによりこの働きを解析し、低損傷材料プロセスなどへの応用可能性を検討することが目的である。
第１年次はまず、先行研究で使用した電磁界下電子運動追跡プログラムを、上部に平面型螺旋アンテナ、外側に同軸２段コイルを持つ円筒容器における対向発散磁界向けに改造し、電磁界計算とアルゴンガス中対向発散磁界下の電子運動解析を行った。また、多数電子の追跡によりプラズマ形成初期の電子空間分布、平均電子エネルギー分布、電離分布、電子へのエネルギー投入分布を得るプログラムを作成した。計算負荷に対応するため複数コア分散並列処理機能を有する高速計算機（備品）を購入し、シミュレーションを行った。
第１年次の解析により次の結果を得た。１、分界面での電子数密度急減が再現された（基本モデル妥当性確認）。２、側壁際上部アンテナ近傍で電離が多い傾向が見られた（電離分布取得）。３、電子の分界面通過は高エネルギー電子が先行し、磁力線が分界面に接近する外縁部で分界面を通過する電子の平均エネルギーが高い傾向が見られた（フィルタ効果基礎観察）。４、電子の分界面通過は、共鳴磁界域内側の零磁界点周辺の弱磁界下では連続的、外側の強磁界下ではプラズマ駆動用高周波電界と同期して脈動的となった（電子拡散過程詳細観察）。５、電子へのエネルギー投入は上部アンテナ近傍だけでなく容器中心の零磁界点を囲む共鳴磁界域でも顕著であった（プラズマ構造新知見）。
これら電子輸送過程とプラズマ構造に関する知見はプラズマ諸特性を理解する上で必須の基礎であり、続く研究で反応性粒子の生成輸送を解析しプラズマ制御と装置設計の指針を得ようとする上で有用である。第１年次の解析結果は学会発表欄に記した国内外の学会で発表した。
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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
第１年次の取り組みとして計画した通り、シミュレーションモデルの設定とプログラムの構築・拡張、電磁界計算、対向発散磁界下の電子運動の解析、プラズマ基本構造の再現を行ない、得られた知見について発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
第１年次に見出された新知見のうち、共鳴磁界域付近での顕著な電子エネルギー利得は反応活性種生成に、対向発散磁界の分界面を通過する電子の特徴的拡散過程は本研究対象の中核であるプラズマ領域分離効果に、それぞれ直接関係すると考えられる。第２年次に計画している反応活性種生成輸送過程の解析と並んで、上記の２点に関する解析も引き続き行う。
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Research Products
(5 results)
