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粒子コードを用いた大気圧・高周波プラズマの構造解析(シース領域を構成する粒子群の振る舞いとその制御パラメータの診断)

使用粒子代码进行大气压/高频等离子体的结构分析（构成鞘层区域的粒子群的行为及其控制参数的诊断）

基本信息

批准号：
09875038
负责人：
片岡俊彦
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

Heガスを用いて発生させた高周波プラズマのバルク部とシース部での発光スペクトルの違いを光スペクトラムアナライザにより測定した。ガス圧力が1〜3気圧の場合、電極表面に薄く発生するシース部からの発光スペクトルには、バルク部の発光スペクトルよりも強度の強い、多種の線スペクトルが見られ、シース領域が非常に活性であることが推測された。中性He原子からの特徴的な発光スペクトルが何本も観測され(388nml,501nm,587nm,706nm)、それらの波長に対応したバンドパスフィルタを用いて、時空間分解発光分光像を観測した。電極は銅を用い、電極間隔は1mmとして、発光励起種の違いによる発光分布を観察した。501.57nm(3^1P→2^1S)および587.56nm(3^3D→2^33P)の発光像には、プラズマバルク部にも発光が現れているが、706.52nm(3^3S→2^3P)では観測されなかった。587.56nmと706.52nmとでは、発光に際して落ちてゆく下準位が同じであるにもかかわらず、発光分布が異なっていた。両者の間には励起エネルギーにほとんど差がないので、それぞれの励起過程、励起断面積の違いが如実に現れたといえる。装置系の分光感度特性を校正し、相対比較した場合、放射寿命の長い準位からの発光である388.86nm(3^3P→2^3S)は、発光強度の時間変化が少なく、放射寿命の短い準位からの発光である587.56nm(3^3D→2^3P)は、高周波電界の変化を反映した。He高周波プラズマの時間積分発光像を、ガス圧力を変化させて観測した結果、ガス圧力の増加に伴って、電極付近に形成されているシース部の発光強度が増加し、この領域が厚さが狭くなってゆくことがわかった。これは、プラズマ中の活性な領域が、電極近傍により局在化することを意味し、プラズマCVD、大気圧プラズマCVDにとっては、好都合の現象といえる。また、1気圧以上のガス圧力の場合には、プラズマのバルク領域にも発光が現れてくることがわかった。通常の低圧プラズマでは、この様な現象は観測されないので、大気圧以上のプラズマに特有の現象といえる。電極材質に銅(導電体)とアルミナ(絶縁体)を用いた場合の、銅電極では、電極近傍にシース部の強い発光が生じており、活性なプラズマ領域が繰り返し生成されていると考えられる。これに対して、アルミナ電極の場合には、シース領域の幅が広く、また発光強度が弱くなった。これは、絶縁体のチャージアップ効果が原因となり、プラズマ部に印加される正味の高周波電圧が減少したためと考えられる。He大気圧・高周波プラズマの発生条件のうち、電極間隔を変化させた観測結果では、シース部の厚みに変化はなく、バルク部(左右のシース部に挟まれた中央の暗部)の厚みが変化するだけであった。この結果からも、大気圧・高周波プラズマの主要部分は電極表面近傍のシース部であることがわかった。これらの項目を検討する出発点となった、流体モデル=局所電界近似法によるシミュレーションを行なった。この結果は、定性的に大気圧・高周波プラズマの時空間分解発光分光計測結果を説明できているので以下に報告する。圧力が異なる場合の、He高周波プラズマ中の電界強度の時空間分布を求めた。駆動周波数150MHzの1周期分の変化を観察したところ、時間的にsin波である電界で電極を駆動したところ、プラズマ中の電界の時間変化と駆動電界の時間変化との位相差、電極近傍に発生する強い電界を持つ部分、ガス圧力をあげることによるシース部の厚さの減少、などが確認できた。また、電極間隔を変化させたところ、実験結果から推測されるように、電界の弱いバルク部の長さが変化したのみで、シース部には変化は見られなかった。

He used to generate high frequency waves. He used to generate high frequency waves. He used to generate high frequency waves. When the voltage is 1 ~ 3, the electrode surface is thin, the light emission part is strong, the light emission part is strong, and the various lines are very active. The emission spectrum characteristic of neutral He atoms is measured by the wavelength spectrum (388 nm,501nm,587nm,706nm), time-space decomposition spectroscopy (TSS) and other methods. Electrodes are used in the middle, electrode spacing is 1mm, and the distribution of light in the middle of the excitation is observed. 501.57nm(3^1P→2^1S) and 587.56nm(3^3D→ 2^3P) light emission, light emission at 706.52nm(3^3S→2^3P) 587.56nm and 706.52nm, the lower level of light emission is the same, but the distribution of light emission is different. The excitation process, excitation area and deviation of the excitation process are as follows: The spectral sensitivity characteristics of the device system are corrected, compared with each other, the emission of light from 388.86 nm (3^3P→2^3S) in the middle level of the emission lifetime is reduced, the temporal variation of the emission intensity is reduced, the emission of light from 587.56 nm (3^3D→2^3P) in the middle level of the emission lifetime is shortened, and the variation of the high frequency electric field is reflected. The time integral of the emission image of He high frequency wave, the change of the pressure, the measurement result, the increase of the pressure, the increase of the emission intensity of the electrode near the formation, the increase of the thickness of the field, the decrease of the pressure, the increase of the intensity of the emission of the electrode near the formation, the increase of the intensity of the emission of the electrode near the formation, the increase of the intensity of the emission of the electrode near the formation. The active area of the electrode is close to the electrode. The electrode is close to the electrode. When the pressure is higher than 1, the light will appear in the field. Usually, the phenomenon of low pressure and high pressure is not detected. When the electrode material is copper (conductor) or copper (insulator), the strong light emission in the vicinity of the copper electrode is generated, and the active light field is generated. In this case, the amplitude and intensity of the light emitted from the electrode are weak. The reason for this is that the high frequency voltage is reduced. The conditions for the generation of high voltage and high frequency waves are changed, and the electrode spacing is changed. The measurement results show that the thickness of the upper and lower parts is changed, and the thickness of the upper and lower parts is changed. The main part of the electrode surface is near the electrode surface. This article discusses the development point of the project, fluid dynamics, and local electrical field approximation. The results are described below as qualitative measurements of high pressure, high frequency, and time-space decomposition spectroscopy. The time-space distribution of the electric field intensity in the high-frequency wave is obtained under different pressure conditions. 1-cycle variation of 150MHz cycle frequency, time variation of sin wave, time variation of electric field, time variation of dynamic electric field, phase difference, generation of strong electric field near electrode, reduction of thickness of electric field, confirmation. The electrode spacing is changed, and the results are estimated. The length of the weak part of the electric field is changed, and the length of the weak part is changed.