新しいクラスタ検出法によるメタンプラズマ中炭化水素クラスタの成長過程観察

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本研究では,プロセスプラズマ中に発生する1nm以下のナノクラスタのその場検出法を確立し,ナノクラスタの発生・成長過程を明らかにすることを目的としている.昨年度までに,メタン高周波プラズマ中に発生する炭化水素ナノクラスタの検出に閾値光電子放出法が有効であること,炭化水素ナノクラスタの発生・成長への炭化水素ラジカルの関与等が明らかになった.今年度は,より幅広い実験条件で,波長を変えた閾値光電子放出法,新ラングミュアプローブ法により炭化水素ナノクラスタの成長過程を調べ,四重極質量分析器でイオン種を調べ以下の結果を得た.(1)放電電力40〜100Wの条件で,水素希釈メタンガス高周波放電を発生させ,閾値光電子放出法で炭化水素ナノクラスタを検出した.10ms程度の短い放電時間でも,高い放電電力では,ナノクラスタが検出された.(2)炭化水素ナノクラスタと発光分光法で調べたCHラジカルの発生量の空間分布は極めて良く一致しており,ともに高周波電極側のプラズマ/シース境界領域で鋭いピークを持っている.(3)Nd-YAGレーザの2,4倍高調波光(波長:532,266nm)を用いて,中性および負帯電の炭化水素ナノクラスタC_nH_x(n【greater than or equal】7),C_nH_x^-(n【less than or equal】20),CnH_x^-(n【less than or equal】100)を検出し,これらの時間推移を調べた.(4)上記の炭化水素ナノクラスタのサイズの時間推移は,質量分析と新ラングミュアプローブ法を組み合わせた方法で得られた,クラスタサイズの時間推移と一致する.(5)以上の結果から,閾値光電子放出法,新ラングミュアプローブ法がメタン高周波プラズマ中に発生する炭化水素ナノクラスタの検出に有効であること,これらのナノクラスタが,ラジカルの反応によって,発生・成長していることが明らかになった.