大気圧グロー放電における電流波形の測定

Abstract

Low pressure glow discharge plasma has been used for surface treatment and thin film formation. If the area of surface treatment is large, a vacuum apparatus becomes large and its processing is very expensive. Atmospheric Glow discharge (APG) plasma is expected to solve these problems. In general, a discharge at atmospheric pressure becomes a Silent Discharge (SED) or an arc discharge. APG plasma, however, can be controlled to produce a stable glow discharge under the selected conditions in the structure of electrodes, the kinds of gases, and the frequency of power. The purpose of this study is to make clear the difference between a glow discharge and a silent discharge for the practical application of APG plasma. Three kinds of gases (He, Ar and Ar with a small amount of acetone) were used, and high frequency power source (25 kHz) was applied. A dielectric material (glass) was set on the grounded plate electrode. Under these conditions, the basic characteristics of glow discharge were investigated experimentally. The main results were summarized as follows: (1) when the ratio of acetone to argon was 0.3 percent, onset voltage had a minimum value; (2) when the frequency of power was 25 kHz and He gas was used, a glow discharge was occurred at atmospheric pressure. Then the output current waveform became a single pulse; (3) the glow discharge was occurred on the whole surface of electrode and SED was recognized partially in gaseous Ar with acetone.

表面処理および薄膜形成には低圧グロー放電プラズマを用いるが、表面処理の面積が大きいときには真空装置が大型となり、加工コストは極めて高くなる。大気圧グロー放電プラズマ(APGプラズマ)がこれらの問題を解決すると期待した。一般的に、大気圧下での放電は無声放電(SED)あるいはアーク放電となる。しかし、APGプラズマは電極の構造、ガスの種類および電力の周波数の条件を選択することにより安定したグロー放電を発生させることが可能である。本研究の目的は、APGプラズマの実用化のためにグロー放電と無声放電の間の違いを明らかにすることにある。3種類のガス(He,Arおよび少量のアセトンを加えたAr)を使用し、高周波電源(25kHz)を使い、アースした平板電極には誘電体(ガラス)をセットした、グロー放電の基礎特性を実験的に検討した。以下の結果を得た。(1)アルゴンに対するアセトンの比率が0.3パーセントのとき、放電開始電圧は最低値を示した。(2)電力周波数が25kHzでHeガスを用いたとき、グロー放電が大気圧下で発生し、その後、出力電流波形はシングルパルスとなった。(3)アセトンを加えたArガス中では電極全表面にグロー放電が発生し、部分的にSEDを認めた。