周期変動型誘導熱プラズマを用いた高密度ラジカル流束制御と金属高速表面改質への応用

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平成19年度においては,特に変調条件,電力と,改質表面との関係に重点をあてた。1. 励起N原子スペクトル強度の入力電力依存性と変調による時間平均スペクトル強度の増強プラズマを維持するコイル電流をパルス変調させるとトーチ下流域における時間平均スペクトル強度を増強できることを前年度に見出している。N原子スペクトル強度の上昇は観測空間における励起原子数の増加を意味している。その増強の条件を変調On-timeと入力電力に対して実験的に調べた。その結果,入力電力16-20kWの間において時間平均スペクトル強度の増強が確認できた。さらにこの増強は,この条件においてプラズマが過渡的に下流に伸び,かつ変調一周期あたりに占める過渡現象の時間割合が大きい場合に生じることが実験的に推論できた。窒素流量を1-4 liters/minにおいても同様の現象がみられた。2.N,N_2,N_2^+スペクトル強度の時間変化波長200nmの範囲を一括してスペクトル観測できる装置を用い,これまで測定できなかったN_2,N_2^+などの分子からのスペクトルの時間変化を測定した。観測の結果,N_2,N_2^+などの分子からのスペクトル強度はAr,Nなどの原子からのスペクトルに比較して明らかに波形が遅れて強度が大きくなることがわかった。これはN_2,N_2^+の生成機構にも依存していると考えられる。3.XRD分析上記のようなN原子スペクトル強度が増強できる条件で照射した基板の表面をXRDにより分析した。XRDの結果から,変調しない場合に比較して変調した場合には若干Nが促進されることが示唆できた。ただし窒化度は基板温度依存性が強いため,基板温度を制御することが今後の課題である。4.Ar-N_2-H_2熱的非平衡・反応論的非平衡数値解析モデルの開発Ar-N_2-H_2熱的非平衡・反応論的非平衡を考慮した数値解析モデルを開発し,Ar-N_2熱プラズマにH_2を混入した効果を数値解析上で検討できるようにした。