| 授業のねらい |
ＬＳＩやメモリ製造工程の超微細加工で用いられるプラズマプロセンシング、高出力レーザー，放電灯等のように、気体放電プラズマの産業応用は多岐にわたっている。このような産業応用において、気体放電プラズマを適切かつ効率よく利用するには、その性質の詳細な理解と自在な制御が必要である。気体放電プラズマの性質は、それを構成する多種の粒子の挙動によって決定されるので、それらの挙動を把握することが気体放電プラズマの性質を理解する上で重要である。
この授業では、気体放電プラズマ中の粒子、特に電子やイオンのような荷電粒子の微視的な振る舞いとプラズマの巨視的性質の関係を学ぶ。また、近年、気体放電プラズマの解析において不可欠な手段となっているモデリングとシミュレーションについて、代表的な手法を取り上げて概要、基本方程式などを説明するとともに、荷電粒子の運動のシミュレーションを行う。
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| 授業の目標 |
| １．気体放電の基礎過程、すなわち、荷電粒子の電界下の微視的挙動を理解する。
２．気体放電プラズマの発生・維持メカニズムを理解する。
３．気体放電基礎過程のモデリングの基礎を習得する。
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| 授業計画 |
第１回 イントロダクション
○プラズマとは何か
○気体放電とプラズマ
○プラズマのハイテク産業への応用
第１部 プラズマの基礎
第２回 気体放電の基礎（その１）
○粒子の熱運動
・位相空間とMaxwell-Boltzmann分布
○電界下の気体中を運動する電子の振舞い
・速度分布とBoltzmann方程式
・相似則と換算電界
・電子エネルギー分布
○電界下の気体中を運動するイオンの振舞い
第３回 気体放電の基礎（その２）
○粒子の衝突
・衝突周波数、自由行程、自由時間
・衝突断面積
・弾性衝突と非弾性衝突
第４回 プラズマの基礎（その１）
○プラズマの定義
○プラズマパラメータ(1)
・電離度
・プラズマの温度
・電子温度
第５回 プラズマの基礎（その２）
○プラズマパラメータ(2)
・Debye長
・プラズマシース
・プラズマ周波数
第６回 プラズマの基礎（その３）
○プラズマの生成条件
○プラズマ中の荷電粒子の拡散
○プラズマの種類
・熱プラズマと低温プラズマ
第２部 低温プラズマの生成
第７回 気体中の導電と絶縁破壊
○気体中の導電のメカニズム
・電子なだれと電離係数
・１次電離作用と２次電離作用
○気体の絶縁破壊
・Townsend理論とStreamer理論
第８回 低温プラズマの生成（その１）
○直流放電プラズマ
・直流放電の発生
・Paschenの法則
・直流グロー放電の性質
第９回 低温プラズマの生成（その２）
○容量結合型Radio Frequency(RF)放電
・RF放電の発生
・RF放電の自己バイアス
・RF放電と直流放電プラズマの対比
第10回 低温プラズマの生成（その２）
○誘導結合型RF放電
○マイクロ波放電
○ECRプラズマとその利点
○マグネトロンプラズマ
第３部 気体放電プラズマのモデリング
第11回 粒子モデルによる電子の挙動のシミュレーション
○様々なシミュレーションモデルの概要と粒子モデルの特徴
○電界が印加された気体中の運動の記述
・飛行、衝突、散乱
第12回および13回 粒子モデルによる電子の挙動のシミュレーション（演習１）
○電磁界下における単一電子の飛行軌道の計算（無衝突）
・直流電界中
・RF電界中
・電磁界中
第14回および15回 粒子モデルによる電子群の挙動のシミュレーション（演習２）
○直流電界下に電子群の挙動のシミュレーション方法の習得
○直流電界中および直流電界＋磁界中におけるモデルガス中の電子群の挙動の計算
・平均エネルギー、移動速度を求める
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| 教科書及び教材 |
| 菅井秀郎 編著「プラズマエレクトロニクス」オーム社 |
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| 参考書 |
坂本三郎、田頭博昭 著「新高電圧工学」朝倉電気工学講座［附属図書館所蔵］
谷本充司 著「プラズマ」電気書院［附属図書館所蔵］
奥田孝美 著「気体プラズマ現象」コロナ社［附属図書館所蔵］
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| 成績評価方法 |
・授業では、毎回、出席確認を兼ねて演習問題を課すので(第11～15回を除く)、その解答を次回の授業までに提出する。
・第１部および第２部の終わりに演習問題を課す。
・成績は、上記の演習問題とシミュレーションの結果により評価する。
各授業の演習問題 30%
第１部および第２部の演習問題 各20％（計40%）
シミュレーションの結果の報告書 30%
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| 履修条件等 |
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| 教員からのメッセージ |
| ・昨年度のシラバス等をhttp://enkaku.elec.muroran-it.ac.jp/で閲覧できます(昨年度の講義名は気体エレクトロニクス特論です)ので、受講申し込みの際の参考にして下さい。 |
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| その他 |
＜遠隔教育関連事項＞
受け入れ条件：
・受け入れ学生数（他大学の聴講生合計）：１５名
・受け入れ校に要求する支援：特になし
遠隔教育形態：非同期型ＷＢＬ
受講に必要なシステム条件：
○パーソナルコンピュータ
・ OSはWindows(2000Pro以降)を推奨する。Web閲覧ソフト(動画を含む)、WebCanvasPlayer (www.mqsys.jp/main/index.aspからダウンロード可能)、グラフソフト、Microsoft word（あるいはTeX）、サウンドシステムが動作することが必要。
○ソフトウェア
・ FortranあるいはCコンパイラが使用可能であること。上記のパーソナルコンピュータ上でこれらのコンパイラが動作する必要はないが、計算機センター等において、作成したプログラムをコンパイル、実行できること。
・ 計算結果を可視化できるグラフソフト。原理的にはエクセルのグラフ機能でも可能であるが、専用のものがあるとbetter。
・ Microsoft Word。versionは問わないが、98以降が望ましい。TeXも可であるが、その場合PDFに変換できること。
○ネットワーク環境
＜履修手続き・連絡先等＞
履修手続き：
受講希望者は、所属する大学の担当窓口に「室蘭工業大学大学院特別聴講学生入学願」を提出のうえ、所属大学を通じて室蘭工業大学に申し込むこと。申込受付期間は、7月１日(木)から9月２日(金)（室蘭工業大学必着）とする。受け入れの可否は所属大学を通じ、９月下旬に通知する。
(問い合わせ先)
室蘭工業大学教務課教務係（℡:0144－46－5106，e-Mail:kyomu@mmm.muroran-it.ac.jp）
住所：〒050－8585 室蘭市水元町２７番１号
遠隔教育のアカウント登録方法（アカウント登録、その他受講に向けての準備）：
科目担当連絡先（教官所属、電話、FAX、メールアドレス）：
佐藤 孝紀 助教授
室蘭工業大学 工学部 電気電子工学科 電気システム工学講座
E-mail: ksatoh@mmm.muroran-it.ac.jp TEL/FAX:0143-46-5506
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