アリオス株式会社 真空・プラズマ用語集 ま行

マイクロ波

マイクロ波とは一般的に、300 MHz (300×10⁶ Hz)～300 GHz (300×10⁹ Hz)まであるいは、3 THz (3×10¹² Hz) までの電磁波 を指します。真空の世界で 「マイクロ波で励起したプラズマ」 と言えば、暗黙の了解として このマイクロ波 2.45GHz の電磁波を指します。2.45GHz を使う理由は、この周波数が代表的な ISM バンド であるからによります。 → 2.45GHz
それによって、電源や伝送に必要な部品を安価に入手でき、漏洩の基準も緩く設定することができます。

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プラズマへの電力供給による性質の違い でも触れていますが、プラズマ励起にマイクロ波を使う理由は、高密度なプラズマを得るのに有利であるためです。 一般にプラズマは高密度になるとある周波数以下の電磁波が侵入できなくなる遮断周波数が生じます。遮断周波数のおよその値は次式で計算できます。

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プラズマ発生でよく使われる 周波数 13.56 MHz では、プラズマ密度約 2×10¹²/m³、マイクロ波 (2.45 GHz)では、約 4×10¹⁶/m³ となり、マイクロ波の方が高いプラズマ密度までプラズマ内部に電力を供給でき、電力供給の方法として適していることがわかります。 →マイクロ波 (2.45GHz) vs RF (13.56MHz)
表面波プラズマなどでは極薄い領域にのみ電力を供給する方法などでこの遮断の影響を緩和していますが、結果的にいくつかの制約が出てきます。

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プラズマの励起を考える場合、波長も考慮すべき要素になります。2.45 GHz の マイクロ波の波長は約 12 cm です。 プラズマ源の多くは、放電電圧を高くするために共振構造としています。 共振構造では定在波が発生するので、波長の半分の周期、すなわち約 6 cm 間隔で電界のムラができます。 大面積とした場合、諸々の条件によってはこれが均一性に影響を及ぼす可能性があります。

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電子レンジを英語で Microwave と表すことがあります。丁寧な言い方では、Microwava oven となりますが、英語の文章ではただ単に Microwave となっている場合も多いです。これは文脈で判断するしかありません。 また、電子レンジでも同じ 2.45 GHz のマイクロ波を使っています。→家庭用電子レンジとの差
この周波数は水を効率よく加熱することができるので、調理器としても使われています。