プラズマとは？

プラズマとは「物質の第４の状態のことである。」と言われ、現代科学で最も広く研究されているテーマです。簡単に言うとプラズマとは｢導電性を持つイオン化されたガス｣のことです。

溶接用のトーチから蛍光灯、プラズマテレビに至るまで様々な形でプラズマは存在します。上図に示すようにプラズマはプラズマ中に於ける中性ガス温度と電子温度の関係で整理することが出来そうです。(1 eV ~11,000 °C)　 トーチの電極の間で発生するアークはガスが完全にイオン化されたもので温度は4,000 °C以上に上昇します。「Atomflo™」のスプレーガン（アプリケーター　プラズマを照射するノズル）はこの非常に高温なアークを利用してプラズマを発生させます。これらのデバイスは様々な材料を気化して高速で対象とする表面に薄膜を形成します。

一方、蛍光灯のランプは低圧グロー放電です。ランプの中は真空で出来ていますが、これは少ない入力電力で残存するガスを僅かにイオン化する為です。この様に僅かにイオン化されたプラズマは熱的には平衡状態ではありません。即ち、中性分子の温度は約25 °Cですが、自由電子の温度は10,000 °C以上です。これらの高いエネルギーを持った電子は中性分子と衝突を繰返し原子或いはラジカルを作り、結果として反応性の混合ガスを発生します。低温で材料の処理を行う多くのプラズマは真空中で僅かにイオン化されています。

プラズマを使った材料の処理には化学の専門家の存在が不可欠です。大気圧プラズマ「The Atomflo™」は表面処理に適した原子やラジカルを選択的に発生するように設計されています。その結果、プラズマ洗浄、エッチング、又は薄膜形成等を行うことが出来ます。例えば、水素プラズマは高分子フィルムのキュアリングに、又、窒素プラズマはシランガスと組合せて窒化ケイ素の薄膜を形成する事が出来ます。非常に重要なことは、期待する結果を得る為に適正なハードウエアと適切な材料・化学の知識を使いこなす事だと思います。

ハードウエア

プラズマを発生するにはガスを電場にあてる必要があります。真空チャンバーの中ではイオンや電子の寿命は長い為比較的容易にガスをプラズマ化する事が出来ます。チャンバーの中の２枚の金属板に高周波電源を流すとＣＤ（Capacitive Discharge）を発生することが出来ます。一方、高周波電源をチャンバーの側壁にあるコイルに流すとＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma　誘導結合型プラズマ）を発生します。特別に設計したキャビティやホーン（cavity or horn）の中では2.45 GHz のマイクロウエーブでもガスはイオン化する事が出来ます。

大気圧プラズマには直流電源（DC）から高周波電源（RF）まで色々な電源が使用されます。問題は、反応性ガスと処理対象物とを良く接触させる為に「電極とガスの流れ」を如何にうまく設計するか？です。圧力が高くなると原子やラジカルはガス中での衝突で速やかに消費されてしまいます。従って、プラズマは極めて短い時間で処理対象物に照射されなければなりません。大気圧で且つ低温でプラズマ処理する場合は、電極間でのアーキング(アークが発生すること)に特別な配慮が必要です。

今日では色々なプラズマ装置が販売されています。そしてプラズマを使った様々な材料に対するアプリケーションが開発されています。より適した装置を選択しなければならないユーザーに取っては大変難しい仕事です。その様なお悩みをお持ちの方はどうぞお気軽にご相談下さい。

テクノロジー・ブレークスルー

「Atomflo™」と「Plasma Flow Systems™」は画期的な製品です。これらは大気圧下で室温に近い温度で強力なプラズマを発生し材料処理（materials processing）を行うことが出来ます。特に、プラスチックポリマーコンポジット等のように温度に対して敏感な材料の表面処理に良く適しています。

Surfxの大気圧プラズマのアドバンテージは(1)低温であるにも拘らず高密度な反応種である。(2) ions and electrons confined to the source, avoiding substrate damage; (3)大表面を均一に高速処理可能である。(4) 扱えるガス状の化学物質の種類が豊富である。(5)制御部とプラズマトーチ部（アプリケーター）が分離している為、トーチ部を容易に他の生産装置の中に組込む事が可能である。(6)信頼性が極めて高い。そして (7)安全且つ使い勝手が良い。

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