反応性非平衡プラズマのモデリング

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反応性非平衡プラズマによるプラズマプロセスで太陽電池やLSIの製造が広く行なわれるようになっているが、プラズマの性質は必ずしも明らかになってはいない。プラズマプロセスの技法を高性能化し高効率化し、更に広範な適用の可能性を明らかにするためには、プラズマの性質を明らかにするとともにこれを予測する手法を確立する必要がある。本研究はプラズマのモデリングと電算機シミュレーション技法の開発を通じてこれを行なうことを目的とし、昭和63年度はシラン系ガスおよびメタン系ガス中の非平衡rfプラズマのシミュレーション技法の開発等にあてられた。結果は次の通りである。(1)非平衡rfプラズマのセルフコンシステントモンテカルロモデルを開発し、これをシランガス(電源周波数13.56MHz)に適用した。その結果、電子付着断面積が比較的小さいにもかかわらずギャップ中央部における負イオンの密度が無視しえない大きさになること、電子エネルギー分布はバルク部、シース部ともマクスウェル分布からはずれ、ドリュベスティン分布に近いこと、電極に到達する正イオン中には10eV以上のエネルギーをもつものが無視しえぬ割合いで存在すること等を明らかにした。(2)非平衡rfプラズマの応用は低気圧でなされるため、連続の式によるシミュレーションにモンテカルロ法を巧みに結合して非平衡効果をとりいれた、ハイブリッドモデルを開発してシラン+水素ガスに適用し、ラジカルの分布等を明らかにした。(3)非平衡効果をプラズマ構成種の運動と反応における緩和過程としてとり入れるリラクセーションモデルを開発し、メタンガスに適用し、発光の分布と変動等のシミュレーション結果を得た。これを本年度の他の目的である、プラズマからの発光分布の観測の準備として得られた実験結果と比較した結果、よい一致が得られた。本年度は予定を達成したので、次年度はラジカル反応を考慮したモデリングを行なう。