| Project/Area Number |
24K07006
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 14030:Applied plasma science-related
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| Research Institution | Kochi University of Technology |
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Principal Investigator |
八田 章光 高知工科大学, システム工学群, 教授 (50243184)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 光電子放出 / 放電プラズマ / エキシマランプ / プローブ測定 / ナノ膜厚金薄膜 / 大気圧放電 |
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| Outline of Research at the Start |
裏面照射光電子放出は石英基板上のナノ膜厚（約10nm）金薄膜を光電陰極とし、裏面（石英ガラス側）から波長172nm等のエキシマランプで紫外光を照射、透過する紫外光で励起された電子を放出するものである。気体中に放出された光電子を電場で加速し、なだれイオン化によるタウンゼンドライクな放電プラズマを生成することができる。
紫外線パワー密度により電子電流の密度を制御すること、および電子密度と独立に電極間の電圧で電子のエネルギー、電子温度を制御することの両立が期待される。これまでに大気圧空気などで安定な直流放電プラズマの生成を実証しており、さらなる放電条件の探索と放電メカニズムの理解を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来のエキシマランプ（20mW/cm2）を用いた裏面照射光電子励起放電によるプラズマと、同じ放電管で金蒸着冷陰極を用いたグロー放電を生成し、ラングミュアプローブ測定によるプラズマパラメータの計測を行った。同じ圧力（水素75Pa）と電極間距離（4cm）で放電プラズマを生成し、電子温度と電子密度の空間分布を計測した結果、グロー放電（陽光柱の領域）では電子温度は約0.6eV、電子密度は約1.2×10^8/cm3、浮動電位は-6Vで、空間的にほぼ一定であるのに対して、光電子励起放電では、電子温度が非常に高くカソード（光電陰極）近傍（2cm）で6eV、カソードから離れるにしたがって5eV～4eVに低下した。逆に電流が増加しカソード近傍で0.1×10^8/cm3、離れるにしたがって0.4～0.5×10^8/cm3と増加した。浮動電位は-70Vから-30Vまで変化した。
高パワー密度のエキシマランプを立ち上げ、光電子放出電流（高真空下）を計測した結果、従来のエキシマランプでは最大5μA程度であったのに対して50μA以上の電流が得られることを確認した。光パワー密度は200mW/cm2程度であると見積もられる。
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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
プラズマのラングミュアプローブ計測については、プラズマ密度が小さく検出されるプローブ電流が微弱であるため、測定精度に課題が残る。空間分布などの妥当性を検証した上で、学会発表を計画する。
高パワー密度のキセノンエキシマランプについては広く技術調査した結果、産業用大型エキシマランプが170～180mW/cm2であるのに対して、高周波点灯により放電管の管面で350mW/cm2の小型エキシマランプが見つかり、本研究に最適であることから、実験装置へ接続等の仕様を詰めて購入した。真空排気装置も含めて新たに実験装置を立ち上げ、光電子放出電流の測定まで可能となった。ガス配管を接続すれば、放電プラズマの生成が可能となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
高パワー密度の光源を用いた放電プラズマの生成とラングミュアプローブ計測を進める。裏面照射光電子励起放電の定常的放電電流密度がどこまで上げられるのか、結果としてプラズマ密度がどこまで達成できるか、限界を見極める。
パルス的電流密度の限界測定については、新たに導入した高パワー密度のエキシマランプは高周波点灯であるため、パルス的な電子放出が困難であることから従来のエキシマランプに、パルス電圧を印加する実験を計画する。
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