| 開講年度 | 2007 |
| 教育課程名 | 博士前期課程 専攻別科目 |
| 授業科目番号 | 4 |
| 授業科目名 | プラズマエレクトロニクス特論 |
| 開講曜日と時限 | 水曜３〜４時限 |
| 教室番号 | Ａ３０５ |
| 開講学期 | 後期 |
| 単位数 | 2 |
| 対象学科・学年 | 電気電子工学専攻1年 |
| 必修・選択の別 | 選択 |
| 授業方法 | 講義および演習 |
| 担当教員 | 佐藤孝紀(SATOH Kohki)（電気電子工学科・エネルギー・エレクトロニクス講座） |
| 教員室番号 | F309-1 |
| 連絡先（Tel） | 0143-46-5506 |
| 連絡先（E-Mail） | ksatoh@mmm.muroran-it.ac.jp |
| オフィスアワー |
火曜日：11:30〜12:30、水曜日：11:30〜12:30
※都合により変更となる場合は教員室ドアの掲示板に表示します。 |
| 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、高電圧現象として知られている気体放電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の性質を理解する上で重要である。
この授業では、高電圧が印加された気体中の粒子、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気体放電の巨視的性質の関係を学ぶ。また、近年、気体放電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。 |
| 到達度目標 |
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。 |
| 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 ○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 ○プラズマ中の荷電粒子の拡散 第２部 低温プラズマの生成 第５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６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７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８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９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10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11回 粒子モデルによる電子の挙動のシミュレーション結果のプレゼンテーション 第12回および13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 第14回 プレゼンテーション準備 第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）結果のプレゼンテーション |
| 教科書及び教材 | 授業で使用するPower Pointファイルおよび授業の録画をWeb上にアップロードする。（アクセスにはidとpasswordが必要） |
| 参考書 |
菅井秀郎 編著「プラズマエレクトロニクス」オーム社
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］ |
| 成績評価方法 |
第１〜８回目の授業では出席確認を兼ねて演習問題を課すので、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報告書により評価する。 第１〜８回の授業の演習問題 40% 第１部および第２部の演習問題 30% シミュレーションの報告書 30% |
| 履修上の注意 | |
| 教員からのメッセージ | |
| 学習・教育目標との対応 | |
| 関連科目 | |
| その他 |