レーザアブレーションプルームのプラズマ制御および微粒子の生成に関する研究

激光烧蚀羽流等离子体控制和粒子产生研究

基本信息

批准号：
11750245
负责人：
須田善行
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750245/
关键词：
レーザアブレーション RFプラズマパルスレーザ堆積アモルファスカーボン微粒子微粒子成長クーロン結晶光圧力発光スペクトル電子温度ダイヤモンドライクカーボンドロプレットアブレーションプルーム

项目摘要

プラズマ制御したレーザアブレーション法により炭素微粒子・薄膜を堆積するとともに、アブレーションプルーム(放出原子・分子群)をレーザ吸収分光法により解析した。また微粒子プラズマを実験・シミュレーションの両面より解析し、プラズマ制御レーザアブレーションによる微粒子・薄膜プロセスを検討した。研究結果を以下に要約する。1. 本手法により0.13 Pa Arという低ガス圧雰囲気でもアモルファスカーボン微粒子(nmサイズ)が生成されることをAFM観察・XPS分析で確かめた。また、(1)ガス圧に伴い、微粒子サイズは単調増加する、(2)高い圧力(〜13Pa Ar)では微粒子同士の凝集により微粒子はさらに大きく成長する(〜100nm)、(3)微粒子サイズはプラズマ電力によっても制御される、ことが明らかになった。2. レーザ吸収分光法により、励起した炭素およびアルゴン原子密度を時空間測定した。どちらの原子ともプルーム中心部において最大密度をとること、また雰囲気圧力の増加に伴い励起炭素原子密度が減少する傾向が得られた。3. 酸素プラズマ中において炭素薄膜を堆積した。基板温度が450℃付近のとき酸素プラズマの効果が最も強く現われ、ダイヤモンド成分を多く含むアモルファスカーボン膜が堆積されたことがXPS分析より明らかになった。4. クーロン結晶の解析を行った。クーロン結晶中にパルスレーザを照射し、光圧力による微粒子の挙動を観察した。クーロン結晶が破壊されるレーザエネルギー閾値を測定した。また、2次元流体モデルで解析したアルゴンプラズマ空間構造を用いて、微粒子がどのようにクーロン結晶を作るかをシミュレートした。微粒子は重力に比べイオンドラグ力および静電気力の影響を強く受け浮遊する、数%の微粒子質量の分散により微粒子が重力方向にまたほぼ等間隔に並ぶこと、が分かった。

使用等离子体控制激光烧蚀沉积碳颗粒和薄膜，并使用激光吸收光谱分析烧蚀羽流（发射的原子和分子）。我们还从实验和模拟的角度分析了细颗粒等离子体，并使用等离子体控制激光烧蚀研究了细颗粒/薄膜工艺。研究结果总结如下。 1. 我们通过AFM观察和XPS分析证实，即使在0.13 Pa Ar的低气压气氛下，该方法也能产生无定形碳颗粒（nm尺寸）。此外，(1) 颗粒尺寸随气压单调增加，(2) 在高压 (~13 Pa Ar) 下，由于颗粒聚集，颗粒变得更大 (~100 nm)，(3)据透露，它也是由等离子体功率控制的。 2.通过激光吸收光谱测量激发的碳原子和氩原子的空间和时间密度。两个原子的最大密度都出现在羽流的中心，并且受激发的碳原子的密度随着大气压力的增加而趋于降低。 3.在氧等离子体中沉积碳薄膜。 XPS分析表明，当基体温度在450℃左右时，氧等离子体的作用最强，沉积出含有大量金刚石的非晶碳薄膜。 4. 我们分析了库仑晶体。我们将脉冲激光照射到库仑晶体中，并观察了光学压力引起的粒子行为。测量了库仑晶体被破坏的激光能量阈值。此外，利用二维流体模型分析的氩等离子体空间结构，我们模拟了细颗粒如何形成库仑晶体。研究发现，细颗粒在比重力更强烈的离子拖曳力和静电力的影响下漂浮，并且由于百分之几的细颗粒质量的分散，细颗粒在重力方向和在近似相等的间隔。

项目成果

期刊论文数量（71）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

松田浩之,菅原広剛,須田善行,酒井洋輔: "レーザアブレーションプルームのモデリング (3) -カーボンターゲット内部の温度分布の効果-"2000年度第36回応用物理学会北海道支部/第6回レーザ学会東北・北海道支部合同学術講演会講演予稿集,No.A-6. 6 (2000)

Hiroyuki Matsuda、Hirotake Sukawara、Yoshiyuki Suda、Yosuke Sakai：“激光烧蚀羽流的建模（3）-碳靶内温度分布的影响-” 2000年第36届日本应用物理学会北海道分会/第6届激光学会东北・北海道分会联合学术讲座论文集，No.A-6 (2000)。