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論文

Temporal behavior of unresolved transition array emission in water window soft X-ray spectral region from multiply charged ions

Dinh, T.-H.*; 鈴木 悠平*; 荒居 剛己*; Li, B.*; Dunne, P.*; O'Sullivan, G.*; 藤岡 慎介*; 長谷川 登; 河内 哲哉; 錦野 将元; et al.

Applied Physics Letters, 107(12), p.121101_1 - 121101_5, 2015/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:74.22(Physics, Applied)

We have characterized the spectral structure and the temporal history of the laser-produced high-Z multi-charged ion plasmas for the efficient water window soft X-ray sources. Strong unresolved transition array (UTA) emission was observed due to 4d-4f and 4f-5g transitions from Au, Pb, and Bi plasmas in the 280-700 eV photon energy region. The temporal behavior of the emission was essentially similar of that of the laser pulse with a slight delay between different transitions. These results provide feedback for accurate modeling of the atomic processes with the radiative hydrodynamic simulations.

論文

Density and X-ray emission profile relationships in highly ionized high-Z laser-produced plasmas

吉田 健祐*; 藤岡 慎介*; 東口 武史*; 鵜篭 照之*; 田中 のぞみ*; 川崎 将人*; 鈴木 悠平*; 鈴木 千尋*; 富田 健太郎*; 廣瀬 僚一*; et al.

Applied Physics Letters, 106(12), p.121109_1 - 121109_5, 2015/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:63.42(Physics, Applied)

We present a benchmark measurement of the electron density profile in the region where the electron density is 10$$^{19}$$ cm$$^{-3}$$ and where the bulk of extreme ultraviolet (EUV) emission occurs from isotropically expanding spherical high-Z gadolinium plasmas. It was found that, due to opacity effects, the observed EUV emission is mostly produced from an underdense region. We have analyzed time-resolved emission spectra with the aid of atomic structure calculations, and find that while the multiple ion charge states around 18+ during the laser pulse irradiation.

論文

Efficient extreme ultraviolet emission from one-dimensional spherical plasmas produced by multiple lasers

吉田 健祐*; 藤岡 慎介*; 東口 武史*; 鵜篭 照之*; 田中 のぞみ*; 大橋 隼人*; 川崎 将人*; 鈴木 悠平*; 鈴木 千尋*; 富田 健太郎*; et al.

Applied Physics Express, 7(8), p.086202_1 - 086202_4, 2014/08

 被引用回数:23 パーセンタイル:22.76(Physics, Applied)

半導体デバイスには更なる高性能化, 小型化が求められておりノードの微細化は急務となっている。さらなる細線化を目指して波長6.5-6.7nmの極端紫外光源の研究開発に着手している。極端紫外光源を実現させるために最も重要な開発課題は、光源の高出力化であり、本研究では球状ターゲットにレーザーを球対称に12方向から同時にターゲットに照射することで球対称なプラズマを生成させ6.5-6.7nm帯域の放射特性を調べた。本実験では変換効率のレーザー照射強度依存性をスペクトル, 電子密度, イオン価数, 電子温度など様々なパラメータから考察することでリソグラフィに求められる光源として最適なプラズマの生成条件の研究を行った。ガドリニウムターゲットの最適なレーザー照射強度に対する変換効率として、これまでの研究報告の中で最高の0.8%が得られた。

論文

若手による核融合炉実用化に向けた技術成熟度評価

笠田 竜太*; 後藤 拓也*; 藤岡 慎介*; 日渡 良爾*; 大山 直幸; 谷川 博康; 宮澤 順一*; 核融合炉実用化若手検討会*

プラズマ・核融合学会誌, 89(4), p.193 - 198, 2013/04

核融合炉若手実用化検討会等において技術成熟度評価(TRL)を若手有志により行ってきた。本報では、TRL評価法の概要を説明するとともに、本活動によって行われた我が国の核融合炉開発に対するTRL評価結果を示す。

論文

Quantitative measurement of hard X-ray spectra for high intensity laser produced plasma

Zhang, Z.*; 西村 博明*; 波元 拓哉*; 藤岡 慎介*; 有川 安信*; 錦野 将元; 河内 哲哉; 匂坂 明人; 細田 裕計*; 織茂 聡; et al.

Review of Scientific Instruments, 83(5), p.053502_1 - 053502_5, 2012/05

 被引用回数:16 パーセンタイル:33.88(Instruments & Instrumentation)

ラウエ分光器を用いて17-77keVまでのレーザープラズマからの特性X線の定量計測を行った。ラウエ分光器では信号強度や露光時間によって検出器としてCSI蛍光体にCCDカメラかイメージングプレートのどちらかを選択して用いることができる。別の構成された計測器を用いたレーザープラズマX線及び、放射性同位体を用いてラウエ分光器の絶対感度較正を行った。実験におけるラウエ結晶からの積算反射率は、X線回折コードを用いた計算結果とよく一致していることがわかった。このラウエ分光器を用いた定量計測の結果から特性X線発生のための入射レーザーエネルギーから高速電子への変換効率について議論する。

論文

Efficient multi-keV X-ray generation from a high-Z target irradiated with a clean ultra-short laser pulse

Zhang, Z.*; 錦野 将元; 西村 博明*; 河内 哲哉; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 織茂 聡; 小倉 浩一; 余語 覚文; 岡野 泰彬*; et al.

Optics Express (Internet), 19(5), p.4560 - 4565, 2011/02

 被引用回数:16 パーセンタイル:32.97(Optics)

近年の超高強度レーザー技術の進展により、高輝度の単色X線パルスの発生が実現している。そこで高コントラスト超高強度フェムト秒レーザーパルスによるモリブデンと銀平板ターゲットを用いた高効率K殻特性X線発生実験を行った。Mo 17keVとAg 22keVのX線発生効率の絶対値の計測を行い、これまでの理論予測値と同じ程度の高効率でX線が発生していることを確認した。

論文

Monochromatic X-ray emission from laser produced plasma with a clean ultra-short laser pulse

Zhang, Z.*; 錦野 将元; 西村 博明*; 河内 哲哉; 匂坂 明人; 織茂 聡; 小倉 浩一; Pirozhkov, A. S.; 余語 覚文; 岡野 泰彬*; et al.

レーザー研究, 38(9), p.698 - 701, 2010/09

超高強度レーザーによる高輝度単色X線光源の実現のためにはX線光子発生についての発生機構解明と高効率かを図っていく必要がある。そこで、高コントラスト高強度超短パルスレーザーを用いた銅ターゲットからのK殻特性X線の高効率発生について実験的研究を行った。高コントラストレーザー照射により従来の実験結果よりも高いX線の変換効率を得た。

論文

Modeling of radiative properties of Sn plasmas for extreme-ultraviolet source

佐々木 明; 砂原 淳*; 古河 裕之*; 西原 功修*; 藤岡 慎介*; 西川 亘*; 小池 文博*; 大橋 隼人*; 田沼 肇*

Journal of Applied Physics, 107(11), p.113303_1 - 113303_11, 2010/06

 被引用回数:29 パーセンタイル:23.03(Physics, Applied)

半導体露光技術用のEUV光源のためのSnプラズマの原子過程の研究を行った。Snの原子モデルをHULLACコードによって計算した原子データをもとに構築した。EUV発光に寄与するSnイオンの共鳴線,サテライト線を同定した。5価から13価までのイオンの4$$d$$-4$$f$$, 4$$p$$-4$$d$$遷移の波長を、電荷交換分光法との比較,EUV光源の発光スペクトルや、オパシティ計測の結果との比較により検証した。開発したモデルは、典型的なEUV光源の発光スペクトルをよく再現することを確認した。発光に寄与するイオン種とその励起状態をすべて取り入れた衝突輻射モデルを構築し、輻射流体シミュレーションで用いる、プラズマの輻射放出・吸収係数の計算を行った。

論文

Complementary spectroscopy of tin ions using ion and electron beams

大橋 隼人*; 須田 慎太郎*; 田沼 肇*; 藤岡 慎介*; 西村 博明*; 西原 功修*; 甲斐 健師; 佐々木 明; 坂上 裕之*; 中村 信行*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 163, p.012071_1 - 012071_4, 2009/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:9.45

多価電離スズイオンのEUV領域(波長10$$sim$$22nm)の発光スペクトルを、イオンの電荷交換分光実験及び電子ビームイオントラップ(EBIT)における電子衝突励起の実験で測定した。電荷交換分光実験では、共鳴線と励起状態間の遷移が観測されたのに対し、電子衝突励起実験では共鳴線のみが観測された。両者を比較して、どのような遷移が発光に寄与しているか考察した。

論文

極端紫外光源の原子モデルと最適設計

西原 功修*; 砂原 淳*; 佐々木 明; 田沼 肇*; 小池 文博*; 藤岡 慎介*; 西村 博明*; 島田 義則*

レーザー研究, 36(11), p.690 - 699, 2008/11

EUV光源の実用化のために重要な条件は、励起レーザー光からEUV光への変換効率(CE)を高めることである。われわれは原子物理に基づく考察により、SnがXeやLiなどよりも優れた媒質であることを示す。次に、プラズマの自己相似解に基づく理論モデルで、高いCEを得る最適な条件について議論する。そして、ドロップレットターゲットをCO$$_{2}$$レーザーのダブルパルスで照射することで5$$sim$$7%の効率を得る可能性があることを示す。

論文

EUV light source by high power laser

井澤 靖和*; 西原 功修*; 田沼 肇*; 佐々木 明; 村上 匡且*; 砂原 淳*; 西村 博明*; 藤岡 慎介*; 青田 達也*; 島田 義則*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 112, p.042047_1 - 042047_4, 2008/00

 被引用回数:6 パーセンタイル:7.92

高出力EUV光源システムの開発のために、レーザー生成Snプラズマの理論的,実験的なデータベースの構築を行った。プラズマの基礎過程の理解のもとに、デブリ粒子の発生を抑止しつつ、高効率で高出力の発光を得るための、最適なレーザー及びプラズマの条件が明らかになった。先進的なターゲット製造技術や、高出力レーザーの技術の開発についても併せて報告する。

論文

Plasma physics and radiation hydrodynamics in developing an extreme ultraviolet light source for lithography

西原 功修*; 砂原 淳*; 佐々木 明; 沼波 政倫*; 田沼 肇*; 藤岡 慎介*; 島田 義則*; 藤間 一美*; 古河 裕之*; 加藤 隆子*; et al.

Physics of Plasmas, 15(5), p.056708_1 - 056708_11, 2008/00

 被引用回数:103 パーセンタイル:2.11(Physics, Fluids & Plasmas)

Extreme ultraviolet (EUV) radiation from laser-produced plasma (LPP) has been thoroughly studied for application in mass-production of the next generation semiconductor devices. One critical issue for realization of a LPP-EUV light source for lithography is the conversion efficiency (CE) from incident laser power to EUV radiation of 13.5 nm wavelength (within 2% bandwidth). Another is solving a problem of damage caused by debris reaching a EUV collecting mirror. We here present an improved power balance model, which can be used for the optimization of laser and target conditions to obtain high CE. An integrated numerical simulation code has been developed for target design. The code is shown to agree well with experimental results not only for the CE but also for detailed EUV spectral structure. We propose a two pulse irradiation scheme for high CE and reduced ion debris using a carbon dioxides laser and a droplet or punch-out target.

論文

レーザー生成スズプラズマからの極端紫外光発生の放射流体シミュレーション

砂原 淳*; 佐々木 明; 田沼 肇*; 西原 功修*; 西川 亘*; 小池 文博*; 藤岡 慎介*; 青田 達也*; 山浦 道照*; 島田 義則*; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 83(11), p.920 - 926, 2007/11

次世代の半導体露光用光源として注目されるレーザー生成スズプラズマからの極端紫外光(Extreme Ultra-Violet: EUV)を一次元、及び二次元の放射流体コードを用いて解析した。われわれは輻射過程を正確に計算するために、詳細原子コードを用いてスズプラズマのX線放射率,吸収率を計算し、その遷移エネルギーの精度を実験的に確認した。精度が検証された原子データをもとに光励起を考慮した一次元放射流体シミュレーションを行い、EUV光のプラズマ中での自己吸収が輻射輸送において重要であることを見いだした。さらにプラズマのスケール長がレーザースポットサイズと同等か、もしくは大きい場合には多次元的なプラズマの膨張が無視できないため、二次元放射流体コードを用いて解析を行った。その結果、プラズマの多次元な膨張が無視できない場合にはEUVの吸収スペクトルが減少し、EUV出力が増大することを見いだした。また、計算で得られたスペクトルは実験値をよく再現している。

論文

Low-density tin targets for efficient extreme ultraviolet light emission from laser-produced plasmas

奥野 智晴*; 藤岡 慎介*; 西村 博明*; Tao, Y.*; 長井 圭治*; Gu, Q.*; 上田 修義*; 安藤 強史*; 西原 功修*; 乗松 孝好*; et al.

Applied Physics Letters, 88(16), p.161501_1 - 161501_3, 2006/04

 被引用回数:60 パーセンタイル:11.44(Physics, Applied)

レーザー生成プラズマからのEUV光の発生効率に対する初期密度の影響について実験的及び理論的に解析した。Sn密度が固体の7%の低密度フォームターゲットを波長1$$mu$$mのYAGレーザーで照射する条件で、波長13.5nm, 2%帯域への変換効率が、固体ターゲットの場合の1.7倍(2.2%)まで向上することがわかった。効率の改善の理由は、ターゲットのマイクロストラクチャの効果及び、低密度化による膨張ダイナミックスの変化やオパシティの減少の効果,それによる発光スペクトルの狭窄化によると考えられる。

論文

Opacity effect on extreme ultraviolet radiation from laser-produced tin plasmas

藤岡 慎介*; 西村 博明*; 西原 功修*; 佐々木 明; 砂原 淳*; 奥野 智晴*; 上田 修義*; 安藤 強史*; Tao, Y.*; 島田 義則*; et al.

Physical Review Letters, 95(23), p.235004_1 - 235004_4, 2005/12

 被引用回数:128 パーセンタイル:4.53(Physics, Multidisciplinary)

レーザー生成スズプラズマからの極端紫外(EUV)発光へのオパシティの効果を実験的に解析した。X線放射によって電子温度30-40eVの均一なスズプラズマを生成することにより、EUV波長域(10-20nm)におけるオパシティを初めて測定した。測定されたオパシティは理論計算とほぼ一致した。理論計算で求めたオパシティを用いた輻射流体シミュレーションと実験の比較の結果は、EUV光源としての効率を高めるためには、13.5nm領域でプラズマの光学的厚みが1程度以上になることが必要だが、反面オパシティが大きすぎると吸収の効果によって効率が低下することを示し、オパシティの制御が重要なことを示す。

論文

Characterization of extreme ultraviolet emission from laser-produced spherical tin plasma generated with multiple laser beams

島田 義則*; 西村 博明*; 中井 光男*; 橋本 和久*; 山浦 道照*; Tao, Y.*; 重森 啓介*; 奥野 智晴*; 西原 功修*; 河村 徹*; et al.

Applied Physics Letters, 86(5), p.051501_1 - 051501_3, 2005/01

 被引用回数:107 パーセンタイル:5.09(Physics, Applied)

EUV光源として用いられるSnプラズマの基本的な輻射流体力学的な特性を明らかにするために、阪大レーザー研の激光XII号レーザーで球状のSnターゲットを照射し、生成したプラズマからのEUV光のスペクトル,発光強度分布,波長13.5nm領域の2%帯域中の発光強度とその時間変化,変換効率の測定を行った。照射強度5$$times$$10$$^{10}$$W/cm$$^{2}$$において最大効率3%が得られた。変換効率のレーザー強度依存性を等温膨張プラズマを仮定した理論モデルと比較した。

口頭

高コントラスト超高強度レーザーによる高エネルギー単色X線の発生

錦野 将元; Zhang, Z.*; 西村 博明*; 河内 哲哉; Pirozhkov, A. S.; 匂坂 明人; 小倉 浩一; 織茂 聡; 岡野 泰彬*; 大島 慎介*; et al.

no journal, , 

近年の超高強度レーザーの実現により、高輝度の単色X線パルスの発生が実現しつつある。超高強度レーザーによる高輝度単色X線光源の実現のためにはX線光子発生についての発生機構の解明と高効率化を図っていく必要がある。そこで原子力機構の高コントラスト超短パルス超高強度レーザーを用いた高原子番号元素(銅,モリブデン,銀)からのK殻特性X線発生実験を行ったところ高コントラストのレーザー照射によりX線へのエネルギー変換効率が従来の実験結果よりも高く、これまでの理論予測値とほぼ一致する結果を得た。

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