[发明专利]一种平面小功率微波微等离子体线性阵列源

说明书

技术领域

本发明涉及微波等离子体源的技术领域，尤其涉及一种基于微带传输线的2.45GHz平面小功率微波微等离子体线性阵列源。

背景技术

小功率微波微等离子体技术是一项近几年发展起来的集微电子技术、微波技术和等离子体技术于一体的高新技术，它是随着MEMS技术的发展而发展起来的。微等离子体包括直流微等离子体、射频微等离子体和微波微等离子体。当放电空间进一步减小到纳米尺寸时，就成为纳等离子体。由于微电子机械系统(MEMS)具有低损耗、高隔离、体积小、制造成本低、易与IC、MMIC电路集成等特点，通过MEMS工艺可以实现微波等离子体的小功率封装和有源集成。因此将微波等离子体结合MEMS工艺可使等离子体的结构和特性发生巨大的改变。

微波等离子体可广泛应用于新材料、微电子和化学等高科技领域，随着微波等离子体的小型化发展，电路尺寸要求在毫米级、微米级甚至纳米级。平面小功率微波微等离子体线性阵列源就是采用MEMS工艺加工一个微带传输线线性阵列，通过不超过200毫瓦的小功率微波在每个单元激励起5毫米甚至0.2毫米尺寸的微等离子体。由于此项技术在低成本的滚动条式低温薄膜沉积和大面积低温材料(如生物制品等)的表面处理等领域具有良好的应用前景，因而受到越来越广泛的关注。

目前，射频等离子体阵列源主要采用四分之一波长微带传输线结构，当谐振频率为300MHz-1.5GHz、输入功率为20W时，通过单点馈电，在传输线阵列和接地导带之间的缝隙处激励起等离子体。由于这种结构的阵列源，其谐振频率会随着单元数和耦合模式的变化而变化，导致功率源成本高，而且激励的等离子体分布也不均匀。

发明内容

本发明克服了现有技术阵列源的缺陷，较好实现了小功率平面微波微等离子体线性阵列源的低成本、小功率输入和微等离子体双线性阵列均匀激励。

本发明根据微波谐振器的耦合模理论(Coupled-mode theory，CMT)，四分之一波长微带传输线阵列、耦合条、接地导带和馈电导带等共同组成的微带谐振器有很多谐振模式，不同模式对应不同的谐振频率，而谐振频率可以通过数值仿真或实验测试获得。第一个谐振模式为谐振频率最低的模式，第二个谐振模式为下一个最大谐振频率的模式，本发明指中选取谐振频率为2.45GHz，即四分之一波长微带传输线阵列以及每个微带传输线阵列单元的谐振频率都为2.45GHz。根据CMT模型，两个微带传输线阵列单元之间的耦合系数只与单元电路几何结构有关，而与频率无关。微带谐振器阵列的场分布取决于两个微带传输线阵列单元之间耦合系数的差值。

本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源，包括：微带传输线阵列、耦合条、接地导带和馈电导带；其中，所述微带传输线阵列包括多个平行排列的微带传输线单元，所述微带传输线单元通过所述耦合条连接；所述微带传输线单元包括两个四分之一波长微带传输线，两个所述四分之一波长微带传输线的一端通过第一接地点与接地板连接，另一端等效开路，贴近所述接地导带，并与所述接地导带之间具有缝隙；所述馈电导带设置于所述微带传输线阵列的中央，并与所述微带传输线单元平行排列；所述馈电导带包括第一馈电导带和第二馈电导带，所述第一馈电导带和所述第二馈电导带的一端通过第二接地点与接地板连接，另一端贴近所述接地导带，并与所述接地导带之间具有缝隙；所述第一馈电导带上设置有第一馈电点，所述第二馈电导带上设置有第二馈电点；通过双馈电点输入小功率微波，在缝隙处激励起平面微波微等离子体双线性阵列；所述接地导带上设置有第三接地点，所述第三接地点与接地板连接。

本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线单元的长度为四分之一波导波长的奇数倍，宽度为1-2mm。

本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述缝隙宽度范围为10-200μm。

本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线阵列的谐振频率为2.45GHz，所述微带传输线单元谐振频率也为2.45GHz。

本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线单元的数量为6-100个；所述微带传输线单元之间的间距为0.1-1mm。

本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线单元之间的间距相等，或随离所述馈电导带的距离增大而线性或指数减小。

本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述耦合条的宽度为1-10mm。