Mechanism elucidation of spatio-temporal structure formation of sheath fluctuation using optically trapped fine particles in plasmas

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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する。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)。3年目(2022年度)は、電場計測の定量評価において重要である、帯電量較正を行った。2つの微粒子の衝突現象をプラズマ中に起こし、2体粒子間にかかる力及び相互作用を評価し、微粒子の帯電量をより精度良く導出し評価した。これにより、各微粒子位置における垂直方向と水平方向の電場強度EzとErを評価し、zr平面における電場ベクトルの空間分布をマイクロメートルオーダーの空間分解能を持って計測できることを示した。そして、電場揺動計測において、まずは、微粒子の位置揺動から導出できるかどうか検証した。位置揺動は、水平方向の電場強度Erが大きくなるほど、強くなることから、位置揺動と電場揺動に関連があることを示した。電場揺動のみを評価するために、微粒子トラップ用レーザーの入力パワーによって位置揺動にどのように影響を与えるか等、微粒子にかかる力を検証した。さらに、プラズマ中の2体微粒子に作用する力(シャドー効果による引力とクーロン斥力)を起因とした微粒子のふるまいをより詳細に観察し、それらの力の影響について明らかにした。また、粒子シミュレーションを用いて、電場揺動がイオンの入射角度分布に与える影響も明らかにした。