[发明专利]通过微波微结构电极放电产生局部等离子区的装置及方法

说明书

本发明涉及根据独立权利要求所述类型的通过微结构电极放电产生等离子区的装置及由该装置实施的方法，尤其是用于表面处理、气体化学反应或产生光。

对于用等离子方法的表面处理有利的是，尽可能接近待处理的表面或基底产生等离子区，或将一个具有精确限界的或局部等离子体积的等离子源引导到待处理基底的附近。这在现有技术中通过所谓微结构电极放电来实现，其中介电板设有电极，它们被放置在约100μm或更小的典型距离上。此类放电以公知方式在很宽的压力范围上工作并具有相对精确的等离子界面，即形成大面积、但局部窄限界的小容积等离子区。

在现有技术中，迄今微结构电极放电仅用直流电压触发及工作。对此例如可参考：M.Roth等人发表的“作为固态及气态之间电子界面的微结构电极：用于气相化学反应的可电控的催化剂”，1997年1月，微反应技术国际会议，法兰克福/美因；及J.W.Frame的文章“在硅中制作的微放电装置”1997年4月，Phys.Lett.，第71卷，第9期，第1165页。高频或微波激励至今没有被实现。

由Kummer著的“微波技术基础”(VEB技术出版社，1986年，柏林)还公知了：通过空心导体或条形导体引导微波(“微条技术)。在条形导体(微条”)的情况下，通常在一个具有多重接地金属基板的介电基底上放置一个金属导条，将微波耦合到该导条中。如果不止一个导体延伸在该基板上，则也可去除该金属基板。

根据本发明的装置及由它实施的方法相对现有技术具有其优点，即所产生的等离子区与等离子产生装置直接地接触，及尤其是不需要该装置的一部分用作电极。因此根据本发明的整个装置的寿命及尤其是用作微结构电极的波导结构的寿命显著延长。此外，根据本发明的装置由此显著地有利于维护。

此外，由于在高频时被电流侵入的深度小，该电极材料或用于将输入微波导入该等离子产生装置中的波导结构(金属空心导体或条形导体)可保持很薄，由此使制造显著地简化。因此在频率为2.45GHz时与材料有关的厚度仅为几μm。此外，这也适合于将微波耦合到波导结构中的结构或组件。尤其是该波导结构也可有利地被蒸镀(aufdampfen)。

一个局部的或空间窄限界的等离子区的产生可通过微波以一个或最好多个彼此隔开的等离子区然后通过在波导结构旁经过或穿过它的输入气体来实现，或用它加载波导结构。由此在波导结构表面、在等离子区及由它确定的等离子体积中至少区域性地产生一个气体等离子区。

本发明的其它优点及有利的进一步构型可由从属权利要求中描述的措施得出。

对于该装置或作为微结构电极的波导结构非常有利的是，它在等离子区的周围罩上有一个介电保护层，对此特别适用的是陶瓷保护层。通过这种在直流电压工作时可不采用的保护层，微结构电极的寿命将显著地提高。

此外在制造等离子发生装置及尤其是将波导结构中的输入耦合的微波引导及放电时可借助现有技术。因此微波引导可非常有利地通过公知的空心导体结构或公知的微条结构来实现，这些结构是通过本身公知的微结构方法产生及结构化的。

由微波发生器产生的微波耦合到波导结构最好通过至少一个耦合结构来实现，该耦合结构与波导结构形成导电连接。输入微波的有利频率为300MHz至300GHz。

非常有利的是，作为气体放电或等离子发生装置的一部分、耦合入的微波的波导结构是一个金属空心导体，它最好被一种防穿透及低损耗的电介质如二氧化硅填充。但它也可由两个、尤其是平行地隔开的金属板构成的装置，在其中间的空间内填充有一种电介质。该结构由于相对封闭的空心导体其结构简单在制造工艺上很有利。

空心导体或空心导体的金属层或金属板具有的厚度或距离最好相应于输入耦合的微波的注入深度。典型值、例如由Kummer著的“微波技术基础”(VEB技术出版社，1986年，柏林)公知，在μm量级上，及空心导体或金属板的典型延伸长度和/或宽度在cm量级上。

特别有利的是，在作为波导结构的空心导体中激励和导引输入耦合微波的H₁₀模，因为在此情况下仅是用于扩展微波的空心导体的宽度是关键的，而其长度在很大长度上可自由变化-除了有不可避免的阻尼外。

替换地，波导结构最好是至少两个金属的、尤其是平行的条状导体结构，它们延伸在一个介电的板上。这里譬如二氧化硅也适用于作板的材料。具有的厚度为几个微波注入深度的这些条形导体的制造最好通过公知的微结构方法或微条结构技术来实现。