マイクロ波励起による超高密度マイクロプラズマの生成とその極短波長光源への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15075205
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 河野 明廣 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40093025)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新巻 光利 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50335072) ; 佐々木 浩一 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50235248)
• Keywords: マイクロプラズマ / 高気圧グロー放電 / 希ガスエキシマー / 真空紫外光源 / マイクロECRプラズマ / トムソン散乱 / 窒素分子回転温度

Research Abstract

1.2枚のナイフエッジ電極を100μmのマイクロギャップを隔てて対向させマイクロ波励起(2.45GHz)によりマイクロギャップ内に高気圧(大気圧領域)プラズマを連続生成する装置を設計・製作した。放電部は閉チャンバ内に置かれ,ガス循環ポンプによりマイクロギャップを通るガスフローが導入される。ガス循環ループの一部及び放電電極取り付け部は水冷されている。
2.高空間分解トムソン散乱計測システムにより,マイクロギャッププラズマ中央の電子密度が〜10^<-15>cm^<-3>の高密度であることを確かめた。
3.マイクロギャッププラズマを高輝度真空紫外光源(100〜200nm領域)として用いるためには,発光体である希ガスエキシマー分子を効率よく生成させるため,プラズマ内のガス温度を下げることが重要である。このため,N_2分子の発光分光計測に基づきプラズマ中のガス温度を詳細に調べた。He/N_2(5%)放電(1気圧,100W)では水冷機構のない以前のシステムに比べガス温度は低下し1200Kであった。しかし,ガス循環流量を増加させてもガス温度はほぼ一定であり,ガスボンベからガスをマイクロギャップに直接供給して大気中に排出する以前の実験系とは明らかに異なる特性を示した。N_2の混合比を1%以下に小さくすることにより100K以上ガス温度が低下することが分かった。エキシマーが生成されるXe/He, Ar/He放電についてガス温度とエキシマー発光の関連を詳細に調べるため,真空紫外分光と可視・紫外分光が同時にできる計測系を構築した。
4.次年度以降の実験に備え,小体積に大電力が注入できるマイクロECR放電装置を設計・試作した。これは100nm以下の極短波長高輝度光源への応用をめざすものである。

Research Products

• [Publications] Akihiro Kono: "Gas and Electron Temperatures in Atmospheric Pressure High-density Microdischarge Excited by Microwave"Bulletin of the American Physical Society (Abstract of the 56th Annual Gaseous Electronics Conference). 48・6. 76 (2003)
• [Publications] Kazushige Iwamoto: "Plasma Parameter and Gas Temperature Characteristics in Atmospheric Pressure Microgap Discharge Excited by Microwave"Proceedings of the, 21st Symposium on Plasma Processing. 54-55 (2004)
• [Publications] Akihiro Kono: "Properties of High-density Non-equilibrium Microplasma Produced in a Microgap by Microwave Excitation"International Workshop on Plasma Nono-Technology and Its Future Vision. 24-25 (2004)