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 研究内容

■空洞共振器型ランチャー有する915MHz UHF波励起大面積表面波プラズマ装置の開発
 本研究では、プラズマの大面積化を図りそれを表面プロセスへ応用することを目指しています。近年、ディスプレイパネルや太陽光パネルの大型化に伴い、メートルサイズのプラズマ生成が必要とされています。マイクロ波放電は、プラズマと誘電体板の界面に沿って伝わる表面波を利用することで、RF放電に比べて大面積化と高密度化において有利ですが、誘電体板による真空シールが問題として挙げられます。電磁波の導入口でもある誘電体板は、大気と真空の圧力差に耐えうる強度が必要であり、1 m2の石英板を用いた場合には、板厚7 cm以上の石英板が必要となります。この解決法として誘電体窓の大きさを小面積化して天板に部分配置する方法が考えられますが、放電容器内に電磁波を効率的に導入するためには、ランチャー構造の設計が極めて重要となります。そこで我々は、電源周波数を2.45 GHzから915 MHzに長波長化すると同時に、導波管とプラズマ生成用放電容器との間に空洞共振器構造を有するランチャーを提案しました(図1)。
  

図1. 空洞共振器型ランチャーを有する実験装置
 石英板を効率よく配置しランチャー構造の最適化を行うために有限時間領域差分法(FDTD法)を用いて空洞共振器内の電界強度を示した結果を図2に示します。方位角方向に±の4周期、半径方向に±の1周期、z軸方向に0個のTM410モードに近いモードパターンが確認できました。
  

図2. 空洞共振器底面におけるz軸方向の電界強度Ez分布
 この結果より電界強度の強いところに石英板を配置し、実際にプラズマ密度及び電子温度の測定を行った結果をそれぞれ図3および4に示します。放電条件はArガス、圧力8 Pa、z=24 cm、チャンバー中心から半径方向をr軸と定め行いました。これらより、半径r=30 cmにわたりカットオフ密度(1.0×1010cm-3)以上かつ±10%以下の均一なプラズマが生成され、また電子温度も約1.5 eVで一定であることを確認できました。


図3. 入射電力による電子密度空間分布


図4. 電子温度空間分布

【文責:國井 一輝-修士2年(2011.7.28)】
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