Tahara Hirokazu

An electron cyclotron resonance (ECR) plasma source with permanent magnets was investigated for plasma-enhanced chemical vapor deposition of amorphous carbon. By using a mixture of CH4, O2 and H2 gases, this plasma source was used to successfully deposit amorphous carbon at a low pressure (2.7 Pa) and a low substrate temperature (500-600°C). At a 7.7 vol% CH4 concentration and 0.6 vol% O2 concentration, microcrystalline amorphous carbon with crystallites about 0.6 µm in diameter was deposited. Raman spectroscopic analysis showed that this deposit was diamond-like carbon. On increasing the O2 concentration slightly, the size of the deposit decreased. On the other hand, a slight decrease of O2 concentration changed the deposit to graphitic carbon. These deposition characteristics were explained by plasma diagnoses using optical emission spectroscopy and actinometry.

酸素及び窒素イオン照射による宇宙用高分子材料の分光透過率の変化が調べられた。イオン照射により高分子材料表面の化学構造が変化し、イオン照射量の増大と共に分光透過率が低下していくことがわかった。この結果より、宇宙用熱制御材料としての性能が低下していくことが危惧された。（担当部分：主な実験研究）

大面積・高硬度膜の高速成膜法として、電磁加速プラズマを用いたプラズマ溶射法が提案され、その可能性を明らかにするためにセラミックス溶射が行われた。半径5 cm以上、ビッカース硬度1000以上の大面積・高硬度セラミックスの製作に成功し、反応性溶射への適用も期待された。（担当部分：主な実験研究）

長い陽極と陰極をもつ構造、すなわちチャンネル構造の準定常ＭＰＤアークジェット発生装置を用いて、基礎的な電磁加速過程が研究された。放電室内部の電流分布、電子温度・電子数密度の軸方向分布が測定され、それらは1次元電磁流体モデルを用いた解析結果と比較検討された。作動ガスの種類により、プラズマ生成、加速過程が大きく異なることがわかった。（担当部分：実験研究、全体の取りまとめ）

プラズマジェット発生装置を極度に低圧環境下で作動させ、材料加工へ適用した。作動ガスに窒素ガスを用い、チタン材の反応性成膜による窒化チタンの作成に成功した。本方法は大面積高速成膜へ応用できることが期待された。（担当部分：実験研究、全体の取りまとめ）

超音速プラズマジェット発生装置の内部のプラズマ状態が調べられた。作動ガスには窒素と水素の混合ガスが用いられた。プラズマ放射光が分光器に取り入れられ、分子スペクトル、分子イオンスペクトル、原子スペクトルから分子の振動励起温度・回転励起温度、原子励起特性温度が見積もられ、それら温度が放電室内部では大きく異なっていることがわかった。（担当部分：主な実験研究）

地球低高度軌道（高度：200-1000 km）を飛翔する宇宙飛翔体には、速度7.8 km/sで空気プラズマが衝突している。本研究では、この宇宙飛翔体環境を地上で模擬するために、宇宙プラズマ環境シミュレータを開発した。本装置は大型ソレノイドコイルと電子サイクロトロン共鳴放電型プラズマ源からなる。本研究では、基本作動特性が測定され、シミュレータとして十分な性能を有していることが明らかになった。（担当部分：主な実験研究）

電子サイクロトロン宇宙プラズマシミュレータの開発と性能測定。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

電磁プラズマ加速アークジェット陰極近傍のプラズマ状態の研究。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

水素・窒混合ガスプラズマジェット流れ場の分光計測と数値計算。(担当部分：作動実験、取りまとめ)

A long electron cyclotron resonance (ECR) plasma source using slot antennas and permanent magnets was developed for large-area plasma processing. Microwaves were radiated from the slot antennas on a 30-cm-long rectangular waveguide and efficiently absorbed to plasma by ECR magnetic fields of permanent magnets. The plasma source operated above 0.014 Pa for Ar at 437 W. The maximum plasma density was 1.77 ×1017 m-3 at 437 W for 0.078 Pa. The spatial plasma uniformity was ±8.2% within 200 mm length at 437 W for 0.078 Pa. The plasma source was experimentally applied to reactive sputter deposition of TiN film using a mixture of Ar and N2. Titanium nitride film was successfully deposited with ±14.1% spatial uniformity within 160 mm length. From X-ray photoelectron spectroscopic analysis, Ti–N bonds were newly created and the atomic composition ratio was nearly equal to the stoichiometric value of TiN at a N2/Ar mass flow rate of 1.5.

宇宙プラズマ模擬実験装置の開発とそのプラズマ・材料の干渉実験。(担当部分：作動実験、取りまとめ)