2023 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism elucidation of spatio-temporal structure formation of sheath fluctuation using optically trapped fine particles in plasmas
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20H00142
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
白谷 正治 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (90206293)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 達哉 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (30733703)
布村 正太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (50415725)
石川 健治 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 教授 (60417384)
鎌滝 晋礼 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (60582658)
富田 健太郎 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70452729)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | プラズマプロセス / 光捕捉微粒子 / 電場計測 / 電場揺動計測 / 帯電量導出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シース電場の時空間構造揺らぎ形成機構の解明とこの電場揺らぎとエッチング形状揺らぎの関係解明を目的とする本研究では、4年間の研究期間において、次の2項目について明らかにした。1)光捕捉微粒子を用いた低侵襲・超高感度電場計測法によるシース電場の時空間揺らぎ計測・解析(1-3年目)。2)高アスペクト比構造を用いた入射イオンの振る舞い解析(3-4年目)。さらに、当初の研究計画にはなかった微粒子の帯電量の新規実験的導出法の開発も行うこともできた。
光捕捉微粒子を用いた電場計測法は、微粒子の重力と微粒子が電場から受ける力と微粒子がレーザーから受ける力とのつり合いの式から求めることができる。その中で、微粒子の帯電量は非常に重要なパラメータであり、プラズマ中浮遊する微粒子周りの電場の大きさを使わずに微粒子の帯電量を実験的に導出する方法はこれまでなかった。そこで、本研究では、光捕捉技術と2体粒子間にかかる力及び相互作用を組み合わせることで、微粒子の帯電量を導出する方法を見出した。実験で得られた帯電量は、理論値と同じオーダーであった。これまでの帯電量の実験的導出法の一つである、プラズマ中のプラズマに能動的な電場揺動を印加し、プラズマシース領域に浮遊する微粒子の固有振動数を計測する方法と比較しても、微粒子が振動しないため計測しやすく、汎用性が高いことも特徴である。一定の成果が得られたが、これらの結果を幅広い実験領域で検証することで、精度の高い帯電量導出法の開発を今後も目指す。また、プラズマ粒子シミュレーションを用いて、プラズマバルクにおける密度揺動が電場揺動を引き起こし、シース長の揺動も起こる中、その揺動の大きさが、トレンチ構造内におけるイオンの入射角度にどのような影響を与えるかも明らかにした。また、プラズマパラメータに関連する制御パラメータと膜質の関係を明らかにする機械学習モデルも構築した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(13 results)
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[Presentation] 光ピンセットによる捕捉微粒子を用いたArプラズマ中の電場強度分布及び電場揺動計測(4)2023
Author(s)
鎌滝晋礼, 佐藤斗真, 井口恒聖, 富田健太郎, P. Yiming, 山下大輔, 山下尚人, 奥村賢直, 板垣奈穂, 古閑一憲, 白谷正治
Organizer
第84回応用物理学会秋季学術講演会
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