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高硬度材料微小突起アレイ陰極を用いた面生成高気圧プラズマ源の開発

采用高硬度材料微凸阵列阴极的表面产生高压等离子体源的研制

基本信息

批准号：
18840023
负责人：
佐藤玄太
金额：
$ 0.84万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18840023/
关键词：
プラズマ応用放電 MEMS 微小突起アレイ陰極高気圧プラズマ

项目摘要

半導体微細加工技術の発展したマイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)技術を用いて,高硬度材料による微細な突起アレイ陰極を作製し,均一大面積プラズマ生成が可能な高気圧プラズマ源の開発を目的とする。本研究で用いたMEMS技術の一つである転写モールド法は,電界電子放出源の作製のために考案され,マイクロスケールの微小突起アレイを有する陰極や陽極一陰極対を様々な材料を用いて平面基板内に高集積に作製する技術である。転写モールド法を用いることで,高気圧プラズマ生成に対応した材料・構造を有するマイクロスケールの微小突起アレイ陰極を平面状に形成することができる。まず,シリコン単結晶基板上に酸化膜のマスクパターンを作製し,異方性エッチング処理を施すことで,基底部長さ50マイクロメートル,深さ35マイクロメートルの逆ピラミッド型の鋳型を作製した。次に,鋳型表面に熱酸化膜を作製することで,鋳型内部の先鋭性を向上した。このようにして作製したシリコン鋳型上に高融点・高硬度材料であるモリブデンを充填し,保持基板とモリブデンを接着した後,シリコン鋳型を溶解除去した。このとき,熱酸化膜は保護層として働き,また,誘電体バリア放電に必要な微小突起陰極上誘電体層としての役割を担っている。以上の処理により,先鋭な突起を有するモリブデン陰極が作製できた。次に,この陰極と対向する位置にモリブデン製メッシュ陽極を配置し,2〜10kPaの高気圧アルゴンガス雰囲気中で誘電体バリア放電によるプラズマの生成を行った。陽極一陰極間に2kHz,210V以上の電圧を印加した結果,電極間に均一にプラズマが生成された。実行値275V以上の電圧を印加すると,異常放電が生じ,陰極上の熱酸化膜や突起先端部に破壊が生じた。210V以上275V以下の印加電圧において安定なプラズマ生成が可能であった。電流電圧波形から,誘電体層の電流遮蔽効果により放電がパルス的に生じることが明らかになった。

The development of semiconductor microfabrication technology has led to the application of MEMS technology, and the fabrication of fine bumps from high-hardness materials has led to the development of a large-area microfabrication technology that is likely to lead to the development of high-pressure sources. In this study, a series of MEMS technologies were used to investigate the fabrication of electron emission sources in the electrical field. The cathode, anode and cathode pairs were used to fabricate high concentration materials in planar substrates. The high voltage cathode is formed by a flat cathode with a small protrusion. The acid film on the crystal substrate is manufactured by anisotropic treatment, and the base length is 50 mm, and the depth is 35 mm. Second, the thermal acidification film on the surface of the mold is controlled, and the sharpness of the interior of the mold is upward. For example, if the substrate is made of high melting point and high hardness material, the substrate will be dissolved and removed. The thermal acidified film has a protective layer, and the dielectric layer is formed on the cathode of the micro-protrusion. The above treatment is based on the operation of the cathode. Second, the cathode and the anode are arranged at the opposite positions, and the induction current is generated at the high pressure of 2 ~ 10kPa. The voltage between anode and cathode is 2 kHz,210V or more. As a result, the voltage between electrodes is uniform. When the voltage is higher than 275V, abnormal discharge occurs, and the thermal acidification film on the cathode and the tip of the protrusion are broken. 210V or more and 275V or less Current voltage waveform, current shielding effect of dielectric layer