Auger放出を考慮した静電プローブによる高気圧プラズマの励起原子密度測定

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良く知られているように、非熱平衡のアルゴンやヘリウム高気圧プラズマ中には多量の準安定原子が存在している。励起原子はプラズマパラメータ測定用のプローブの金属に接近すると、励起の解消と同時に金属内部からの電子放出を誘引する。これは、ポテンシャル放出(Auger効果)と呼ばれ、多数の励起原子が存在する高気圧プラズマのプローブ測定では浮動電位付近のプローブ特性に二次電子放出による歪みが顕在化する場合がある。この現象を考慮に入れてプローブ特性の解析を行えば励起原子密度の算出が可能となる。我々は、既に特殊な形状のヘリウム高気圧マイクロ波プラズマのプローブ特性にAuger効果を考慮した解析を行って、ヘリウムの準安定励起原子の算出に成功している。本研究は、この手法を代表的な大気圧放電であるヘリウム誘電体バリア放電(DBD)に適用して、ラングミュアプローブにより励起原子密度、電子温度等を簡便に測定することを目的とする。厚さ1mm、縦横50mmのガラスエポキシ樹脂の両面に銅薄膜を蒸着しておき、エッチングによりその片面に櫛形電極を形成したDBD装置を製作した。他面の銅薄膜と櫛形電極間に5kHz、10kVの高周波を印加すると、大気圧ヘリウムガス中で安定な誘電体バリア放電を発生させることができる。プローブ特性の測定では放電電圧による擾乱を抑制するために、櫛形電極を設置しておいて、櫛形電極の櫛間に発生するプラズマのプローブ測定を行ったが、プラズマ密度が低い上にプラズマの厚さが1mm以下と薄く、しかも誘導電圧による擾乱が大きく、十分な測定が実施できなかった。このため、現在はプラズマが電極から遊離しかつ誘導電圧を受けないでプローブ測定を実施できるようにDBD装置の改造を行っている。Auger効果がプローブ特性に歪みをもたらすことを確かめるために、低気圧マイクロ波表面波パルスプラズマに対して、マイクロ波パルスの存在しない時間帯でのプローブ測定を行った。測定位置が石英板に近い空間では、プローブ特性の浮動電位付近に二次電子放出に基づくと思われる歪みが観測された。この現象は石英板付近に特有でありバルクプラズマでは観測されないことから、励起原子が石英板付近に多量に存在していることが予想される。表面波プラズマでは石英板近傍にプラズマの発生機構が存在していることから、表面波プラズマの生成に対して、励起原子が何らかの形で関わっていることが予想される。