電子衝撃法による分子の中性解離機構の解明とプラズマモデリングの高精度化

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本研究では、より現実に近いプロセスプラズマ中の挙動を理解するための高精度なプラズマモデリングを目指し、そこで利用される電子衝突断面積の中で、特に研究例のデータの少ない分子解離によって生成された正・負イオンやラジカルのプラズマ中での役割に着目した。プラズマ中における分子の解離過程の詳細な機構を原子・分子レベルで定量的に評価するため、これまで申請者が行ってきた電子衝撃法と出現質量分析法を組み合わせ、電子衝突が引き起こす分子の解離過程を直接観測することに特化した実験装置を新たに開発することを大きな目標とした。具体的には、第1電子銃から放出された低エネルギー電子と標的分子との衝突解離で生成された解離種を、第2電子銃で再び電離し質量分析する。これは、一般に中性粒子の検出が困難であり、２段階の衝突電離が必要であることに起因する。しかしながら、2回の衝突を扱う実験では信号強度が微弱なことが想定され、測定に長時間を要することが見込まれることから、ノイズやバックグラウンドの軽減が必要不可欠である。さらに、中性解離で生成され電離されたイオンは、第1電子銃で直接生成されたイオンと区別される必要があり、慎重なデータの解析と検証が必要でなる。この実験的な困難さが見込まれる本申請課題では、ゼロからの装置開発は、採択期間内ではほぼ不可能であったことから、既存の装置を一部改良して用いることにした。令和4年度では、既存の第1電子銃から直接生成されたイオンと中性解離した粒子を区別するための追い返し電極、質量分析部に標的分子が進入し第2電子銃で直接電離されるのを防ぐための差動排気機構を設計・開発し、そのための真空排気ポンプの増設を行った。さらに、既存の第1電子銃の電子ビーム軌道シミュレーションと実際の電子放出試験、質量分析器の動作確認までほぼ当初の計画通りに実施することができた。