2002 Fiscal Year Annual Research Report
大口径電子サイクロトロン共鳴プラズマ中の電子温度制御
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02J09192
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Research Institution | Kyushu University |
Principal Investigator |
板垣 奈穂 九州大学, 総合理工学研究院, 特別研究員(DC2)
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Keywords | ECRプラズマ / 電子温度制御 / パワー吸収 / マイクロ波 / 窒素解離特性 / プラズマプロセス |
Research Abstract |
1.低電子温度ECRプラズマの生成機構 電磁波動測定および波動解析コードTASK/WFを用いたパワー吸収の計算結果から、ECRプラズマ中の電子温度は電磁波のパワー吸収分布に依存しており、パワー吸収が集中して生じているとき電子温度は高く、その分布が広がりを持っているとき電子温度は低くなる傾向にあることが分かった。従って、ECRポイントでの磁場勾配やマイクロ波周波数等により実効的な共鳴幅を変化させることによってもパワー吸収分布が変化し、電子温度が制御されることが考えられる。次に異なる共鳴幅におけるプラズマパラメータ及び電磁波動測定を行ったところ、磁場勾配およびマイクロ波周波数の違いによるパワー吸収分布の変化が確認され、またそれに伴う電子温度の変化が観測された。以前から2.45GHzよりも低い周波数の電磁波で生成されたECRプラズマ源では電子温度が低く、高エネルギーの電子成分が少ないことが報告されていたが、本研究で初めて電磁波の低周波数化による低電子温度プラズマの生成機構が明らかにされた。 2.ECRプラズマにおける窒素解離特性 1の結果をもとに電子温度の異なる条件下で発光分光分析を行い、各種表面材料の窒化において重要なパラメータである窒素解離特性の電子温度依存性について調べた。その結果、解離度は電子温度の上昇に伴い単調に増加することがわかった。またArガスの希釈によっても解離特性は変化し、特にAr希釈率が80%以上で解離度が大幅に増加することが分かった。このとき電子密度が増加、電子温度が低下していたことからAr^++N_2→Ar+N_2^+,N_2^++e→N+Nの反応によっても窒素原子が生成され、解離度の増加に寄与したものと推測される。そこで1次元での粒子バランス、パワーバランスの計算を行い窒素原子の生成機構を調べたところ、Ar希釈時には窒素分子と電子の衝突反応だけでなく、上述の反応によっても窒素原子が生成され、その結果解離度が増加することが確認された。
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Research Products
(4 results)
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[Publications] 板垣 奈穂: "Behaviour of the molecular dissociation in 915 MHz ECR nitrogen plasma"Proceedings of 5th International Conference on Reactive Plasmas. vol.1. 319-320 (2002)
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[Publications] 板垣 奈穂: "Electron-temperature control in a 915 MHz ECR plasma"Journal of Vacuum Science and Technology A. vol.20. 1969-1973 (2002)
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[Publications] 板垣 奈穂: "Behaviour of N_2 Dissociation in ECR Plasma"Proceedings of the 4^<th> Cross Straits Symposium on Materials, Energy and Environmental Sciences. 224-225 (2002)
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[Publications] 板垣 奈穂: "Electron-temperature dependence of nitrogen dissociation in 915 MHz ECR plasma"Thin Solid Films. (in press). (2003)