JPS63221593A - プラズマエネルギ−分布測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエネルギー分布を測定する装置に係わるもので
あり、特にガス放電プラズマ中の電子のエネルギー分布
を高信号対雑音比かつ高分解能で測定するための装置に
係わるものである。

〔従来の技術〕

ガス放電プラズマ中の種々の機構を知る上で、電子のエ
ネルギー分布を測定することは重要であり、そのための
方法として従来ドリベスタイン法に基礎を置く交流重畳
法が使用されてきた。

このドリベスタイン法を利用する交流重畳法においては
、ある範囲で変化するプローブ電圧に微小振幅の交流を
重畳し、プローブ電圧対プローブ電流特性曲線の非線型
性のために生じる複数の周波数成分の中から上記曲線の
二次微分に比例する周波数成分を検出してエネルギー分
布を求めていた。

第２図はこの交流重畳法を実施するための従来装置のブ
ロック図である。掃引電圧発生回路ｌから発生された掃
引電圧に、交流電圧発生源１２．１３から発生された周
波数ｆ、、ｆｌ　（ｆｌ＞ｆｌ）　（７）信号が重畳さ
れる。この重畳電圧信号はプラズマ中に挿入されたプロ
ーブＰに加えられる。プローブＰにより得られるプロー
ブ電流の内、エネルギー分布に対応する周波数成分子、
−ｆｌ、即ちビート周波数成分のみが選択増幅器１４に
より選択増幅される。選択増幅器１４からの信号は、参
照信号発生回路１５の参照信号を受ける信号検出回路１
６によってで所定位相で位相検波される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、プローブ電極に現れる信号には所望信号以外に
低域における熱雑音及び商用周波数とその高周波成分、
中域から高域へかけてのイオン振動及び電子振動とこれ
らの基本波及びその高周波成分等、各種の雑音が混在し
ている。従来装置において、重畳信号周波数及びビート
周波数の選定に際してはこれらの雑音のスペクトルに対
する配慮が不可欠であるが、雑音スペクトルはプラズマ
の状態に大きく依存するため、重畳周波数の値によって
はエネルギー分布信号は見かけ止具なる値となって現れ
る。又、ビート周波数についても、これが雑音スペクト
ルとの関係において不適当な場合には単にエネルギー分
布の信号対雑音比が低下するだけでなく空間電位の決定
を困難にし、従ってエネルギー分布曲線が曖昧となる。

本発明は重畳周波数及びビート周波数を広範囲に可変す
ることを可能とし、かつそれぞれの最適周波数において
高信頼性、高分解能でのエネルギー分布を測定すること
のできる装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点は、周波数可変の搬送信号手段、周波数
可変の変調信号手段、前記搬送信号と前記変調信号との
和周波数と差周波数とを発生する平衡変調回路、測定用
プローブからの出力信号を受け、前記平衡変調回路から
の信号周波数に応じて除去帯域が変化する帯域除去フィ
ルタ、この帯域除去フィルタからの信号を受け、前記変
調信号の周波数の変化の応じて、通過帯域が変化する帯
域通過フィルタ、及びこの帯域通過フィルタからの出力
信号を所定位相で検出する信号抽出回路を備える本発明
のプラズマエネルギー分布測定装置によって解決される
。

〔実施例〕

以下に添付図面を参照して本発明を更に詳細に説明する
。第１図は本発明の一実施例のブロック図である。プロ
ーブＰと掃引電圧発生回路１とは、従来装置（第２図）
におけるものと同じものである。搬送信号発生回路２お
よび変調信号発生回路３は周波数可変の発振器であり、
任意の周波数ｆｃの搬送信号と任意の周波数ｆヮの変調
信号をそれぞれ発生する。この搬送信号と変調信号とは
平衡変調器４に入力され、差周波数信号ｆｃ−ｆ、およ
び和周波数信号ｆｃ＋　ｆ、の二種類の正弦波が出力さ
れる。この出力は、緩衝用の増幅器５によってその振幅
が調整された後、掃引電圧発生器１の掃引電圧と重畳さ
れてプローブＰに与えられる。

プローブＰからの出力は帯域除去フィルタ６を通過する
。この帯域除去フィルタ６は平衡変調器４からの出力周
波数を検出する機能を有する帯域設定回路７によりその
除去帯域がｆｃ−ｆ、及びｆｃ＋ｆ、Ａ’に設定される
。変調信号発生器３からの信号は、また周波数逓倍回路
、移相回路及び波形成形回路からなるサンプリングパル
ス発生回路８に供給され周波数２ｆ、の信号が発生され
る。この信号は周波数検出機能を有する帯域設定回路に
供給されて、帯域通過フィルタ９の通過帯域が２１、に
設定される。このため帯域除去フィルタ９の出力信号の
中からエネルギー分布に対応する周波数（２Ｘｆ、）成
分だけが信号抽出回路１１（例えば、特公昭５８−１１
５９５号を使用できる）に送られる。信号抽出回路１１
はサンプリングパルス発生回路８からのサンプリングパ
ルスを参照信号として、帯域除去フィルタ９からの出力
信号を所定位相で検出し、エネルギー分布に対応する信
号が得られる。

第３図は測定結果の一例として本発明の装置による場合
と従来装置による場合を対比して示している。従来装置
による場合にはプローブ電圧に対する信号強度を示す（
エネルギー分布に対応する）曲線の幅が著しく増大した
り（曲線ａ）、信号対雑音比が低下（曲線ｂ）し、しか
も空間電位付近ではエネルギー分布が物理的に不合理な
結果（Ｎ）を与えることが生じたが、本発明による場合
（曲線Ｃ）には信号対雑音比が良好で信頼し得る結果が
得られるのである。

〔発明の効果〕

プラズマはそれ自体が不安定性を有し、重畳周波数とそ
の振幅によって振動を助長しうる。印加信号以外の振動
があるとエネルギー分布信号の形も変化する。一方エネ
ルギー分解能を高めるには印加振幅は信号対雑音比の損
なわれぬ範囲において出来るだけ減らすことが望ましい
ため、重畳周波数の選定は極めて重要である。本発明に
おいては、重畳周波数及びビート周波数を最適値に選ぶ
ことによって信号対雑音比を高めると同時に、重畳信号
の振幅を減少させることを可能にしたため、プラズマへ
の擾乱効果を減らし、かつエネルギー分解能を改善でき
たのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプラズマ電子のエネルギー分布測
定装置のブロック図、 第２図は従来のプラズマ電子のエネルギー分布測定装置
のブロック図、および 第３図は従来装置と本発明の装置により測定したエネル
ギー分布に対応する測定信号の比較を示すグラフ。 Ｐ・・・・・・プローブ、 ■・・・・・・掃引電圧発生回路、 ２・・・・・・搬送信号発生回路、 ３・・・・・・変調信号発生回路、 ４・・・・・・平衡変調回路、 ５・・・・・・緩衝用増幅器、 ６・・・・・・帯域除去フィルタ、 ７・・・・・・帯域設定回路、 ８・・・・・・サンプリングパルス発生回路、９・・・
・・・帯域通過フィルタ、 １０・・・・・・帯域設定回路、 １１・・・・・・信号抽出回路、 １２．１３・・・・・・交流電圧発生回路、１４・・・
・・・選択増幅器、 １５・・・・・・参照信号発生回路、 １６・・・・・・信号検出回路。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周波数可変の搬送信号手段、 周波数可変の変調信号手段、 前記搬送信号と、前記変調信号との和周波数と差周波数
   とを発生する平衡変調回路、 測定用プローブからの出力信号を受け、前記平衡変調回
   路からの信号周波数に応じて除去帯域が変化する帯域除
   去フィルタ、 この帯域除去フィルタからの信号を受け、前記変調信号
   の周波数の変化の応じて、通過帯域が変化する帯域通過
   フィルタ及び この帯域通過フィルタからの出力信号を所定位相で検出
   する信号抽出回路を備えるプラズマエネルギー分布測定
   装置。