二光子励起レーザー蛍光法を用いたプロセスプラズマ中の水素原子挙動の解明

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アモルファス太陽電池薄膜の生成法として代表的なシランガスを用いたプラズマCVD(chemical vapour deposition)法について,そこでの水素原子計測法を確立しそれを化学反応過程解明へ適用するために,二光子励起レーザー蛍光法による同プラズマ中の水素原子密度計測について研究を行い,以下の結果を得た。(1)波長205nm光で水素原子を二光子的に励起し,波長656nm光の蛍光を観測するレーザー蛍光法を,直径100mm,電極間隔40mmの平行平板電極間に容量結合型RF放電により生成したシランプラズマ(RFパワー密度0.6-2.5mW/mm^2,ガス圧力15-60mTorr)中の水素原子密度計測へ適用した。水素原子からの蛍光信号を得たが,これは,同プラズマ中で生成した長寿命反応生成物がレーザー光によって解離され,その結果発生した水素原子からのものであることが明らかとなった。(2)反応生成物としてプラズマ中に存在すると考えられる分子のレーザーによる解離の影響を調べた。その結果,同プラズマ中に数mTorr存在すると考えられるジシラン(Si_2H_6)がレーザー光により解離されて水素原子を発生しているとの結果を得た。(3)レーザーによる解離の影響はレーザー波長が長いほど小さいので,波長243nm光による二光子励起と波長656nm光による直接励起を組み合わせたレーザー蛍光システムを構築し,同法によるジシランガスの解離について調べた。その結果,レーザー解離による水素原子の生成は205nm光を用いた場合と比べて10,000分の1に小さくなった。また,水素原子密度の検知下限は,その条件下で10^<-16>m^<-3>のオーダーであり,同法はプロセスプラズマ計測へ適用可能であるとの結果を得た。