VHF・UHF帯高周波を用いた高密度ヘリコン波プラズマの生成

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本研究は,従来のHF帯高周波に加え,VHFおよびUHF帯の高周波を用いて高密度ヘリコン波プラズマを生成し,その放電特性を明らかにしプラズマ生成機構を解明することを目的とした.実験は,定常磁場(B_o=1kG)のもとでArガスを3.5mTorr封入した直線型実験装置(HPX)の一端に設置したアンテナに144と50MHzのVHF帯高周波(電力P_<rf><1kW)および13.56MHzのHF帯高周波(P_<rf><5kW)を印加し,ヘリコン波放電を行った.アンテナには,高周波電流と高周波電圧を印加して電磁波を励起する誘導結合型アンテナ(幅5cmのワンターンループ)と,高周波電圧のみを印加する静電結合型アンテナを用いた.その結果,いずれの周波数においても誘導結合型アンテナはP_<rf>=300-800Wでヘリコン波放電によるプラズマ生成に特徴的な低密度領域から高密度領域への密度ジャンプを示し,プラズマ中心(r=0)に約10^<13>cm^<-3>の密度のピークがあったが,静電結合型アンテナでは密度ジャンプは観測されなかった.また低密度領域において,144MHzでは10^<10>-10^<13>cm^<-3>の広い密度領域にわたってr=0に密度のピークが存在したのに対し,50MHzと13.56MHzの場合は10^<10>-10^<12>cm^<-3>ではr=2.5cmに密度のピークが存在し,10^<10>cm^<-3>以下では再びr=0に密度のピークがあった.いずれの周波数においても低密度領域でr=0に密度のピークがある時は,ほぼ遅波の分散式を満たす振動磁場が観測されたのに対し,r=2.5cmに密度のピークが存在する時には振動磁場は観測されなかった.これらの結果より,低密度領域での遅波によるプラズマ生成が明かとなった.