反応性プラズマ中の発光種および非発光種の絶対数密度および空間分布の計測

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プラズマ反応過程の解析における基本的課題は、一次反応過程を支配する電子密度および電子エネルギ-分布を決定すること、および反応によって生成した原子・分子の絶対数密度とその空間分布を決定することである。本研究の目的は、He-Ar-SiH4およびHe-Ar気体中の定常および過渡的グロ-放電プラズマを対象に、(1)プラズマの発光スペクトル線の絶対強度測定によって、電子密度と電子エネルギ-分布を決定すること、(2)レ-ザ-誘起蛍光(LIF)法によって、非発光種の絶対数密度とその空間分布を決定することである。放電装置は真空容器中の一対の電極で構成され、電流は0.2-2.0mAである。負グロ-領域の発光スペクトル線の絶対強度を、タングステンリボン・ランプを標準光源として測定した。測定したスペクトル線は、He(I)501.6nm,He(II)468.6nm,Ar(I)750.3nm,Ar(II)488.0nm,Hβ486.1nm,およびSi(I)288.2nmの各線である。LIF法による非発光原子・分子の測定には、窒素レ-ザ-励起の色素レ-ザ-を光源として用いた。前年度までのSi原子およびSiH分子に加えて、本年度は稀ガス準安定原子の絶対数密度の測定を行った。発光スペクトル線の絶対強度から電子エネルギ-分布を決定した。この電子エネルギ-分布と、既知の電子衝突励起断面積ならびに消光速度係数から、He(I)準安定原子数密度を計算で求めると、3.6×10^8cm^<-3>となる。一方LIF法により、He(I)501.6nm線(3p^1P→2s^1S遷移)の蛍光を光子計数法で測定すると、準安定原子数密度は(1.8±0.5)×10^8cm^<-3>となり、両者はほぼ一致する。この結果から、本研究の電子エネルギ-分布および非発光種原子数密度の測定法の妥当性が立証された。本測定法は非平衡プラズマにも適用可能であり、反応性プラズマの分光計測法として有効である。