| 研究課題/領域番号 |
19K03808
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
田中 学 九州大学, 工学研究院, 助教 (10707152)
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| 研究分担者 |
渡辺 隆行 九州大学, 工学研究院, 教授 (40191770)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 熱プラズマ / 交流アーク / ダイオード整流 / 長尺プラズマ / 表面処理 / 大面積処理 / 構想処理 / 高速度カメラ |
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| 研究実績の概要 |
ダイオード整流を用いた多電極交流アークを発生させることで，革新的な長尺熱プラズマ場を構築した．特に本年度は，前年度から引き続き以下の3つのサブテーマに基づき，数百Aの大電流をミリ秒オーダーでダイオード整流することで，新規な交流アーク発生手法を確立した。
サブテーマI（構築）：4本の電極からなる構成を1区画とし，それらを2区画分配置したプラズマジェット流発生装置を設計・製作した．交流電極（ネガティブ・ポジティブ，NP），陰極（ネガティブ・ネガティブ，NN），交流電極（ポジティブ・ネガティブ，PN），陽極（ポジティブ・ポジティブ，PP）の4種の電極を，NP，NN，PN，PP，NP，NN，PN，PPの順番で配置し，50～150Aの電流値において適切なプラズマ発生条件を見出した。さらに，昨年度発覚した電極消耗問題に関しては，プロセス上無視できる程度まで減少することにも成功した．
サブテーマII（計測）：高速度カメラを用いた熱プラズマ可視化システムにより，熱プラズマジェット流を可視化した。また，放電電圧計測等の各種計測により，熱プラズマの安定性の評価もあわせて実施することで，均一な超長尺熱プラズマ流の安定発生条件を見出した。特に，電流電圧波形の瞬時値計測から，出力を0～60 kWもの大きな範囲をミリ秒オーダーで変調できるという，即効性の大規模ダイナミックレンジが示された．
サブテーマIII（応用）：アルゴン-空気プラズマを用いたシリコン基板の表面処理を行った。酸化処理，窒化処理等の選択的処理の可能性が示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
基本的に，当初予定していた通りに研究が進行している。ダイオード整流回路の構築，それを用いた熱プラズマ流の構築等，当初想定したいた通りに順調に進展している。特に昨年度に発覚した電極消耗現象について，解決の目途が立った点が重要である。今後引き続き，さらなる計測に基づく基礎現象解明，酸化処理，窒化処理などの応用研究に関する検討を重点的に行っていく上で，基礎的な知見が得られるとともに，基盤が構築できた。以上の状況を鑑み，おおむね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の予定通り，以下に示す３つのサブテーマ（構築，計測，応用）に基づき研究を進めていく。
サブテーマI構築）ダイオード整流交流アークを用いた長尺熱プラズマ場の構築：駆動周波数を変調させることで，平板熱プラズマ流の安定性向上を目指す。これは，令和元年度に実施した研究において，安定性向上の余地が見られたためである。
サブテーマII計測）長尺熱プラズマ流の計測を引き続き実施する。特に，温度場，ラジカル濃度場に加え，流れ場の可視化を行う。
サブテーマIII応用）表面酸化処理に加え，表面窒化処理，表面還元処理の検討に進む。
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