全方向型大強度パルスイオンビームを用いた立体形状物の表面改質

• Project/Area Number: 13750057
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied physics, general
• Research Institution: Kobe City College of Technology
• Principal Investigator: 橋本 好幸 神戸市立工業高等専門学校, 電子工学科, 助教授 (20270308)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2002: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2001: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: プラズマ / イオン注入 / 多相交流 / グロー放電

Research Abstract

本研究の目的は、プラズマで満たされた真空容器に試料を置き、パルス高電圧を印加することで多量のイオンを注入し、材料改質を行うことである。一度に多量のイオンを注入するには、高密度のプラズマの生成が不可欠となる。また、1回に多数の試料にイオン注入を行うには、一定密度の大きなプラズマが必要である。そこで、6相交流電源を用いて、大面積の均一プラズマの生成を試みた。また、イオン注入用電源の電圧およびパルス幅を変化させ場合の、試料へのイオン注入深さと注入量について数値計算で評価した。真空容器は、ステンレス製で、内径680mm、長さ1200mmの円筒型とした。真空容器は油回転ポンプとターボ分子ポンプで10^<-4>Pa以上まで排気した。プラズマ生成には、6相交流電源(2kV、12kVA、60Hz)を用いた。電極は、直径10mm、長さ800mmのステンレス棒を円筒かご型(直径400mm)に配置した。生成したプラズマの密度測定には、電極端より約150mm内側に取り付けたシングルプローブ(タングステン製,φ0.5mm、5mm)を用いた。電源の出力電圧、放電電流および、プローブ電流は、計測ステーションを用いて計測し、パーソナルコンピュータでデータ処理した。作動ガスを窒素として、圧力2〜8Paで真空容器に導入し、プラズマ生成を行った。その結果、作動ガス圧力を6Pa、電源電圧を1kVとしたとき、生成したプラズマ密度は、2×10^9cm^<-3>、電子温度は0.5〜0.6eVであった。また、プラズマ密度は、中心から半径約40cm、軸方向に80cmの領域で、ほぼ一定であることがわかった。次に、イオン注入用電源の電源を10〜100kVで変化させた場合、金属の材料改質に必要な厚さまでイオン注入することは不可能で、熱拡散等と併用しなければならないことが数値計算によりわかった。

Research Products

• [Publications] 橋本好幸: "6相交流電源を用いた大面積プラズマの生成"プラズマ応用科学. 10. 11-16 (2002)