研究課題
基盤研究(B)
本研究では、非平衡RFプラズマ場で発生する微粒子の性状と輸送に関する計測データの取得にもとづいて、微粒子の成長過程および輸送現象をモデル化により理解することを目的として研究を行った。研究期間にわたる成果の概要は、以下のとおりである。1.in situレーザ光散乱計測システムを備えたプラズマリアクターに、in line粒子計測システムを設置することで、プラズマ中の微粒子の空間分布の精密計測を可能とした。試験粒子を用いて、濃度・粒径の計測可能範囲も明らかにした。これらの計測手法により、TEOSガスを原料としたSiO_2薄膜のプラズマCVD成膜、および、SiH_4ガスからのアモルファスSi薄膜の成膜時における粒子の性状を計測できた。さらに、粒子のプラズマ時ならびにポストプラズマ時の輸送・沈着挙動、および粒子群の捕捉現象について、可視化による評価が可能となった。2.プラズマ計測機器を用いた計測と数値シミュレーションによって、プラズマ場の流速、プラズマ電位、電子温度、電子密度等の特性パラメータの空間分布を求めた。これらのデータを考慮してプラズマ中の粒子の荷電、凝集過程を表現する理論モデルを導出し、このモデルに基づいて得られた粒子の挙動を測定結果と比較検討し、合理的な結果を得た。3.プラズマ中の帯電微粒子に働く種々の力を考慮した微粒子の輸送モデルを導いてシミュレータを作成し、数値解析と実験結果との比較により、モデルおよびシミュレータの妥当性を確認した。また、静電気力などの外力を効率的に利用した、微粒子のプラズマ中の輸送制御手法とそのための装置を提案し、有効性を実験的に検証した。4.プラズマ中微粒子の凝集成長を表現するモデルを、粒子の輸送モデルと連携させて解析し、これによりプラズマ中で発生した微粒子のサイズが決定される機構を明らかにした。
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