2013 Fiscal Year Research-status Report
極端紫外(EUV)光アブレーション粒子計測によるEUVプラズマ特性の解明
Project/Area Number |
25800303
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Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
田中 のぞみ 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 研究員 (60581296)
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Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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Keywords | 極端紫外光アブレーション / 光量子ビーム応用 / プラズマ加熱 / プラズマ診断 / プラズマ膨張 |
Research Abstract |
EUV及びレーザーアブレーションのプラズマ特性に関する研究及び、Time-of-Flight (TOF) 法を用いた膨張イオンの計測によるプラズマ膨張に関する研究を行った。また得られた結果の考察に用いるため、飛散粒子の質量分析を試みた。 プラズマの特性、加熱メカニズムを理解するため、放射流体計算コードSTAR 1Dを導入し、プラズマ温度、密度、エネルギー付与や圧力の分布を求めた。EUVとレーザーではプラズマパラメータに明らかな差異が見られた。EUVの場合、エネルギー付与が固体密度に近い非常に高い電子密度領域にピークを持ち、局所的に加熱がされていることが示された。一方真空紫外分光によるプラズマの計測を行ったが、レーザーとEUVで有意な差は見られなかった。 材料のアブレーションに続いてプラズマの膨張が起こるが、これはプラズマの加熱過程の情報を内包すると考えられる。サンプルに対し複数の角度にファラデーカップを設置し、TOF法により膨張イオンのエネルギースペクトルおよびそれらの角度分布を求めた。イオン数の角度分布は、EUVの場合の方がレーザーの場合よりもより狭い分布を示した。また膨張イオンのエネルギー分布はEUVとレーザーでは全く異なったスペクトルを示した。EUVの場合指数関数的なスペクトルが得られ、このことは膨張プラズマが一温度分布を持っていることを示す。一方レーザーの場合、多温度分布を示すようなスペクトルが得られた。また、理論モデルと比較すると、膨張の次元がEUVの場合は一次元平板状であるのに対し、レーザーの場合は球面状に膨張してることが予測された。以上の結果より、EUVアブレーションでは一温度で、より前方へのプラズマ膨張が起こり、これはレーザーアブレーションのプラズマ膨張とは全く異なると考えられる。 以上の初期の結果を国際会議IFSA2014及び応用物理学会において発表した。
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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
膨張イオンに関する研究では、当初の計画以上の進展が見られたが、質量分析及びプローブ計測の準備に遅れが見られるため、(2)おおむね順調に進展している。という評価を付けた。 Time of flight法を用いたファラデーカップによるプラズマ膨張に伴う膨張粒子(イオン)の計測により、研究実績の概要欄に記載したような結果が得られた。初期データの時点で、研究計画段階に予測していた以上に興味深い結果が得られたため、25年度は特にイオン膨張に着目して研究を行った。よって予定していたプローブ計測の準備を次年度に持ち越した。 一方、EUVアブレーションによる1ショットあたりの粒子の飛散量が少なく、質量分析が従来の質量分析器では行えずトムソンパラボラ装置を用いる必要が生じたため、本年度に計画していた質量分析は完了しなかった。 また、2月より研究代表者が産前産後休業を取得したため、25年度の研究期間は10ヶ月となった。
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Strategy for Future Research Activity |
25年度に得られた膨張イオンの特性を元に、プラズマの加熱直後から膨張までのメカニズムに関して、引き続き理論モデルを取り入れた考察をすすめ、論文及び学会発表を行う。また、膨張イオンの研究を補足する目的で、トムソンパラボラを用いた膨張イオンの価数、質量分析を試みる。 一方、プラズマ加熱時のプラズマ特性に関する研究を進める。プラズマ計測法としてラングミュアプローブ法の導入を試みる。ラングミュアプローブ法は探針をプラズマに挿入し、密度、温度、空間電位等のプラズマパラメータを計測することが可能である。アブレーションプラズマの計測には多くの場合分光法が用いられるが、分光法では空間積分されたプラズマの情報が得られるため、パラメータの空間分布や局所的な情報を得るためにはアーベル変換などの手法を用いる必要がある。一方プローブ計測では局所的な計測が可能であるため、分光データと合わせてより確実なプラズマ特性の計測が可能になると考えられることから、本研究の試みはアブレーションプラズマの計測法の確立という側面でも意義がある。 プローブの設計、製作、取り付け、駆動試験を行った後、レーザーアブレーションプラズマに対する実験を行う。その際、必要に応じて改良を加える。その後EUV 光源を用い、プラズマの温度、密度、空間電位およびそれらの空間分布、経時変化を計測する計画である。 27年度には引き続き実験を行い、実験で得られた結果とシミュレーションで得られたプラズマ温度、密度を用いて温度、密度分布について考察を行う。これらの実験、解析等は研究協力者約2名との協力の上で実施する。また、以上で得られた結果を取りまとめ 、成果発表を行い、前年度の成果と合わせ論文を発表する。
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Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初計画ではプローブ用駆動機を購入する予定であったが、報告に記載した通り、膨張イオンの計測に主力を置いたため、購入物品が一部25年度と26年度で前後した。その上で研究を遂行するにあたる必要物品は全て購入、また出張を行い、最終的に26,799円の差額が生じた。 まず、プローブの駆動用に手動のXY駆動機を購入する。プローブ計測に関わる真空部品を設計、製作するほか、プローブ回路も作成するため、電子部品にも予算を計上する。またEUV照射を行うサンプルを必要に応じて購入する。サンプルにはEUV吸収端を持つSi, Alなどの材料を用いる。 物品の他には学会等で成果発表を行うための旅費、論文出版費などを計上する。
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Research Products
(3 results)