[实用新型]一种高气压微波等离子体激励装置

说明书

本实用新型涉及微波等离子体技术，特别提供了一种可以稳定激发并维持高气压微波等离子体的装置。

微波等离子体与常规直流电弧、高频等离子体相比，具有无电极污染、等离子体反应活性高、能量利用率高等特点，是进行化学合成、材料表面改性的理想手段。微波等离子体按其工作压力可以分为低气压(小于760Torr)和高气压(大于760Torr)两种。低气压微波等离子体在薄膜沉积、等离子刻蚀等领域已获得了广泛的应用。为满足大规模的等离子体化学合成、发展新型光源的需要，在过去二十年中人们已经发明了多种高气压微波等离子体的激励技术，概括起来主要有以下几种方案：(1)电容耦合微波等离子体的激励技术(CMP)；(2)同轴基表面波微波等离子体的激励技术(Surfatron)；(3)波导基表面波微波等离子体的激励技术(Surfaguide)；(4)TM010谐振腔(MIP)微波等离子体的激励技术。

电容耦合微波等离子体激励装置是通过一个空心圆管和置于其中心的棒状电极所组成的电容器，把微波能量耦合给石英管内的气体，使气体电离而形成CMP。但是它必须用高频火花“引燃”才能形成自持的CMP,CMP放电的缺点是微波能的泄漏和内电极的烧蚀。

Surfatron是通过同轴加载间隙电容，形成轴向高场强；外导体有效封闭电磁场能量，间隙顶端的小孔供等离子柱引出，表面波延拓和维持等离子体。该装置虽然没有微波能的泄漏，但是必须借助石英或其它耐高温透波介质管维持等离子体，这对于高吸波介质的等离子体化学合成不利，一旦吸波介质附着在介质管上，等离子体很快熄灭，另外介质管的抗等离子体烧蚀性能也影响等离子体的稳定性，所以等离子体不能长期稳定工作是Surfatron存在的主要问题。

Surfaguide是Surfatron的改进形式，将矩形波导的窄边尽可能缩小或使用重入柱压缩窄边，代替同轴加载电容，通过表面波引发和维持等离子体。与Surfatron相比Surfaguide功能大体相同但具有更大的功率容量。

MIP微波等离子体激励装置是尽可能缩小的微波谐振腔从缩小和积累两个角度来增加场强，并通过介质管的表面波激发和延拓等离子体，一般的MIP装置需要高频火花“引燃”，功率容量也较小。

本实用新型的目的在于提供一种高气压微波等离子体激励装置，其可以在高的气压情况下实现等离子体激励和维持，并且微波能基本不泄漏转换效率高，同时装置本身具有较长的使用寿命。

本实用新型提供了一种高气压微波等离子体激励装置，其特征在于：该微波等离子体激励装置由波导-同轴转换机构(1)、透波气体密封窗(2)、带截止段的同轴开路谐振腔(3)和辐射开路同轴腔(4)组成；波导-同轴转换机构(1)同轴线的外导体通过透波气体密封窗(2)与同轴开路谐振腔(3)的外导体相连，波导-同轴转换机构(1)同轴线的内导体通过透波气体密封窗(2)经电容(5)将微波能量耦合给同轴开路谐振腔(3)，辐射开路同轴腔(4)同轴装设于同轴开路谐振腔(3)的内部。

本实用新型中所述透波气体密封窗(2)为一个透波的圆环，镶嵌于波导-同轴转换机构(1)同轴线内外导体之间；所述电容(5)为电容片或围绕同轴开路谐振腔(3)内导体的电容圈；所述同轴开路谐振腔(3)的内导体、同轴开路谐振腔(3)截止端的短路活塞、辐射开路同轴腔(4)的内导体、辐射开路同轴腔(4)截止端的短路活塞均是可调节的。

本实用新型中所述波导-同轴转换机构(1)同轴线的内导体为水冷结构；所述透波气体密封窗(2)的材料选自聚四氟乙烯、尼龙、石英、氮化硼或高纯氧化铝之一种；所述波导-同轴转换机构(1)同轴线经过两次或多次过渡段变换。

本实用新型具有下述特点：

1．采用波导-同轴转换以及中心内导体水冷措施，提高了装置的功率

容量；功率容量可以达到20KW以上

2．将等离子体的激发与维持结构有机地结合在一起，一方面避免了常

规CMP的电极烧蚀问题，另一方面截止段有效地封闭电磁场，避免

了微波能的泄漏，从而可以在不需要外界“引燃”的条件下实现等

离子体的激发与维持。    

3．采用透波密封窗使得等离子体的工作气体种类可以根据需要任意调

整，从而增加了本实用新型的应用范围。

4．由于同轴传输线使用同阻抗变换，使得该馈能结构适合于任意大小

的微波谐振腔，同时由于同轴腔具有较宽的频带，本实用新型的设

计思想能够适合于米波、分米波和厘米波。