We present a combined experimental and numerical investigation of the plasma properties in an asymmetric capacitively coupled radio frequency plasma source using argon discharge. Besides driving the system in the conventional way, which results in a high negative self-bias voltage due to the asymmetric configuration, we also connect a 'quarter-wavelength filter' to the powered electrode, which lifts its DC potential to zero. At the powered side of the plasma, we employ electrodes with conducting and insulating surfaces, as well as electrodes combining both in different proportions ('hybrid electrodes'). Measurements are carried out for the plasma potential, the electron density and temperature in the bulk plasma, as well as for the flux-energy distribution of the ions at the grounded surface of the system. The nature of the surface of the powered electrode as well as the presence of the quarter-wavelength filter are found to highly influence the plasma potential, . For the electrode with a conducting surface 20 V and ∼150 V are found in the absence and the presence of the filter, respectively. For the electrode with an insulating surface, the self-bias voltage builds up directly at the plasma interface, thus the filter has no effect and a plasma potential of ∼20 V is found. For the electrodes with different conducting/insulating proportions of their surface, ranges between the above values. Particle-in-Cell/Monte Carlo Collisions calculations for identical conditions with hybrid electrodes predict double-peaked ion energy distribution at the powered electrode with peaks corresponding to and along with a lowering of the plasma potential (whencompared to wholly conducting electrode), a trend that is observed experimentally. These studies are of great importance for the application of similar plasma sources with in-situ cleaning of mirrors in fusion devices and the results can be extended to a variety of plasma processing applications.
我々は、非対称容量結合型高周波プラズマ源におけるプラズマ特性の実験的および数値的調査を組み合わせて提示する。従来の方法でシステムを駆動することに加えて、これは非対称構成により高い負の自己バイアス電圧をもたらすが、我々はまた、'4分の1波長フィルタ'を給電電極に接続し、そのDC電位をゼロに引き上げる。プラズマの給電側では、導電性表面および絶縁性表面を持つ電極、ならびに異なる割合で両者を組み合わせた電極（'ハイブリッド電極'）を用いる。測定は、バルクプラズマ中のプラズマ電位、電子密度、電子温度、ならびに接地表面におけるイオンのフラックスエネルギー分布について行われる。給電電極の表面の性質および4分の1波長フィルタの存在は、プラズマ電位に大きな影響を与えることが見出された。導電性表面を持つ電極の場合、フィルタの非存在下では約20V、存在下では約150Vの値が得られる。絶縁性表面を持つ電極の場合、自己バイアス電圧はプラズマ界面で直接形成されるため、フィルタは効果を持たず、プラズマ電位は約20Vとなる。異なる導電性/絶縁性表面割合を持つ電極では、値はこれらの間の範囲となる。同一条件でのParticle-in-Cell/Monte Carlo Collisions計算により、ハイブリッド電極において、給電電極でのイオンエネルギー分布が二峰性を示し、ピークが対応する値に現れるとともに、プラズマ電位の低下（完全導電性電極と比較して）が予測され、この傾向は実験的に観察される。これらの研究は、核融合装置におけるミラーのその場洗浄を備えた同様のプラズマ源の応用にとって極めて重要であり、その結果は多様なプラズマプロセシング応用に拡張することができる。