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

利用等离子体中的光学捕获细颗粒阐明鞘波动时空结构形成的机制

• 批准号: 20H00142
• 负责人: 白谷 正治
• 金额: $ 28.87万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00142/
• 关键词: プラズマプロセス; 微粒子トラップ; 電場計測; 電場揺動計測; 2体問題; 光捕捉; シース電場ゆらぎ; 高アスペクト比エッチング; 微粒子プラズマ; 高感度電場計測; ゆらぎ; 高アスペクト比; エッチング; 光ピンセット; シース電場揺らぎ

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。

The time and space structure of the electric field and the mechanism of its formation are explained. The relationship between the electric field and the shape of the electric field is explained. The purpose of this study is to analyze the relationship between the electric field and the shape of the electric field. 1)Low Invasion and Ultra-High Sensitivity Electric Field Measurement for Light Capture of Microparticles (1-3 years) 2)Analysis of high frequency structure (3-4 years) 3 years (2022), electric field measurement and quantitative evaluation of important, electric quantity is more positive. 2. The collision phenomenon of micro-particles is evaluated in the middle, the force and interaction between micro-particles are evaluated, and the electric quantity of micro-particles is derived with good accuracy. The spatial distribution of the electric field intensity in the vertical and horizontal directions of the particle positions in the zr plane is measured. For example, electric field measurement, particle position measurement, particle size measurement, particle size measurement The electric field intensity in the horizontal direction is greater than that in the horizontal direction, and the electric field intensity is greater than that in the horizontal direction. The influence of electric field motion on particle motion and particle motion is demonstrated. The forces acting on the two-body particles in the particle system (such as attraction and repulsion) cause and influence the particle system in detail. For example, the particle size distribution, the electric field fluctuation, and the incidence angle distribution of the particle size distribution.

项目成果

Materials processing with low pressure plasma：present issues and possible solutions

低压等离子体材料加工：当前问题和可能的解决方案

• 发表时间: 2020
• 作者: Sato Yoshiki J.;Honda Fuminori;Shimizu Yusei;Nakamura Ai;Homma Yoshiya;Maurya Arvind;Li Dexin;Koizumi Takatsugu;Aoki Dai;Masaharu Shiratani
• 通讯作者: Masaharu Shiratani

One-dimensional particle-in-cell/Monte Carlo collision simulation for investigation of amplitude modulation effects in RF capacitive discharges

用于研究射频电容放电中幅度调制效应的一维细胞内粒子/蒙特卡罗碰撞模拟

• DOI: 10.1557/s43580-022-00417-w
• 发表时间: 2022
• 期刊: MRS Advances
• 影响因子: 0.8
• 作者: Kawasaki Hiromu;Tamura Toshiki;Sunahara Atsushi;Nishikino Masaharu;Namba Shinichi;O’Sullivan Gerry;Higashiguchi Takeshi;Jintao Li;I.Nagao,K.Kamataki1,A.Yamamoto,M.Otaka,Y.Yamamoto,D.Yamashita,N.Yamashita,T.Okumura,N.Itagaki,K.Koga,M.Shiratani
• 通讯作者: I.Nagao,K.Kamataki1,A.Yamamoto,M.Otaka,Y.Yamamoto,D.Yamashita,N.Yamashita,T.Okumura,N.Itagaki,K.Koga,M.Shiratani

Study of Position Fluctuation of a Fine Particle Trapped with Laser Tweezers in Ar Plasma

Ar等离子体中激光镊捕获细颗粒位置涨落研究

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Sato;S. Okunaga;K. Kamataki;K. Tomita;P. Yiming;D. Yamashita;N. Itagaki;K. Koga;M. Shiratani
• 通讯作者: M. Shiratani

Real-time monitoring of surface passivation of crystalline silicon during growth of amorphous and epitaxial silicon layer

非晶硅和外延硅层生长过程中晶体硅表面钝化的实时监测

• DOI: 10.1063/5.0011563
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Nunomura Shota;Sakata Isao;Sakakita Hajime;Koga Kazunori;Shiratani Masaharu
• 通讯作者: Shiratani Masaharu

Relations among spatial profiles of plasma parameters, growth of nanoparticles in reactive plasma and properties of fabricated thin films

等离子体参数的空间分布、反应等离子体中纳米颗粒的生长以及制备的薄膜的性能之间的关系

• 发表时间: 2020
• 作者: Kunihiro Kamataki;Tomoaki Yoshida;Yusuke Sasaki;Kohei Abe; Daisuke Yamashita;Naho Itagaki;Kazunori Koga;and Masaharu Shiratani
• 通讯作者: and Masaharu Shiratani