表面波プラズマの励起機構と電磁エネルギーの輸送過程

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10480100
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 神藤 正士 静岡大学, 工学部, 教授 (60023248)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木下 治久 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (70204948) ; 畑中 義式 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (60006278)
• Keywords: 表面波励起プラズマ / 遮断密度 / 電子加速機構 / パラメトリック不安定性 / イオンプラズマ振動 / ラングミュア波 / 電磁波

Research Abstract

直径151mm、高さ100mm、底面の暑さ10mmの石英製円筒放電管と円筒状SUS容器とを組み合わせて製作した放電管を、矩形導波管のH面のスリット上に設置して、表面波プラズマ発生装置とした。スリットは導波管の軸方向に垂直に幅5mm、長さ60mmにわたってカットしたもので、表面波励起子として働く。マイクロ波の周波数は2.45GHzであり、定常で最大1kWの発振が可能である。1mTorrから50mTorrのアルゴンガスを封入し200Wから1kWまでのマイクロ波を供給することにより、放電管内に一様なプラズマが生成された。このプラズマを用いて表面波プラズマの励起機構に関連する実験を行ったところ、以下の結果を得た。
1) 管軸方向の密度分布は、石英板から30mmまでは急激に上昇して遮断密度以上に達し、その後はゆっくりと減少する。
2) マイクロ波電界強度をダイポールアンテナで測定したところ、石英板から30mmまでに急減し、遮断密度以上の領域では零となった。これは、マイクロ波電界は石英板と遮断密度の間の領域に閉じこめられていることを意味する。
3) この領域で、石英板側を絶縁物でシールドし反対側の金属面を露出した平面プローブとこれとは逆に石英板側を金属板とするプローブの2つのプローブで測定し比較したところ、石英板側からプローブに流入する電子のエネルギーが数10eV以上高いことが判った。これは、石英板から30mm以内の領域で、電子加速機構が働いていることを示唆する。
4) 石英板から4mm離れた位置のダイポールアンテナで検出した電界を周波数スペクトル分析したところ、f_1=2.45GHz、f_2=10MHz、およびf_3=f_1+f_2の3つのスペクトルが観測された。f_2はイオンプラズマ振動数に相当することから、電磁波、ラングミュア波およびイオン波からなるパラメトリック不安定性の条件を満ていると考えられ、電子加熱機構との関連が予想される。

Research Products

• [Publications] L.Kudela: "Annular slot antenna large area microwave planar plasma source"静岡大学大学院電子科学研究科研究報告. 20. 39-44 (1999)
• [Publications] J.Kudela: "Hot-electron flux observation in large-area microwave sustained plasmas"Applied Physics Letters. '76・10. 1-3 (2000)