[发明专利]微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统

说明书

本发明公开了一种微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统，包括有微波等离子体放电腔和扩散腔，放电腔外部设有磁铁组件，扩散腔底部设有真空机组，放电腔与扩散腔之间相连通；放电腔为等离子体产生区，设有与气源连接的上、下进气管以及与微波源相连接的同轴圆波导，同轴圆波导内设有同轴微波天线；在磁铁组件产生的磁场增强下，使用同轴圆波导以及同轴微波天线在微波传输过程中控制微波能量损耗和馈入，从而激发工作气体产生均匀高密度线形微波等离子体源，并在扩散腔形成较均匀的高密度等离子体分布。本发明通过磁场增强和同轴微波天线，提高等离子体密度，调节微波传输过程中能量损耗及馈入，得到均匀高密度微波线形等离子体源。

技术领域

本发明属于等离子体源产生装置领域，具体涉及一种微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统。

背景技术

低温等离子体技术可以为物质合成、材料处理等领域提供一种高效的反应氛围，可以使传统热化学无法实现的反应在接近室温的条件下发生，可提供低成本、绿色、高效的物质合成、转化及材料处理方法，在现代工业中起着日趋重要的作用。产生低温等离子体的主要方式是气体放电，其形式多种多样，主要有：直流放电、交流放电、辉光放电、射频放电、微波放电等。其中微波放电等离子体与其他气体放电方式产生的等离子体相比，它的电离密度较高，含有高浓度高活性自由基，同时还具有无极放电、放电稳定，可控性好等优点，是应用于材料沉积、表面改性等领域的一种重要手段。微波等离子体应用的一个重要问题是如何产生均匀大面积微波等离子体 ,这是等离子体应用从实验室走向产业化的一个至关重要的条件 ,也是当前等离子体应用研究的热点。近年来，一种线形微波等离子体源引起了国内外专家的关注，与传统大面积（二维方向）和大体积（三维方向）微波等离子体源不同，线形微波等离子体源仅需在一维方向实现均匀分布，采用多个线形微波等离子体源并排的方式即可产生均匀大面积微波等离子体。这种结构大大降低了高性能等离子体产生设备的开发难度，但仍存在一些问题，例如渐逝波导模式引起的等离子体不均匀，并且很难得到长距离的线形微波等离子体。为此，人们研制出各种装置来产生线形微波等离子体，其中微波天线对微波能量有着很好的调控作用，通过不同的开口方式可以调节微波能量的馈入点与馈入量。天线的引入可以调节微波能量由天线开口处馈入反应腔体同时激励工作气体产生高密度线形等离子体，实现等离子体分布均匀性。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，通过在系统中引入同轴微波天线，提供一种微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统。

本发明采用的技术方案是：

微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统，其特征在于：包括有微波等离子体放电腔和扩散腔，放电腔外部设有磁铁组件，扩散腔底部设有真空机组，放电腔与扩散腔之间相连通；所述放电腔为等离子体产生区，放电腔内设有与气源连接的上、下进气管以及与微波源相连接的同轴圆波导，同轴圆波导内设有同轴微波天线；所述的同轴圆波导由铜内导体与套在铜内导体外的石英玻璃管组成，以铜内导体作为同轴圆波导的内导体，以被石英玻璃管与铜内导体之间的微波电场激发的等离子体作为同轴圆波导的外导体；所述的同轴微波天线位于同轴圆波导中的铜内导体与石英玻璃管之间；在磁铁组件产生的磁场增强下，使用同轴圆波导以及同轴微波天线在微波传输过程中控制微波能量损耗和馈入，从而激发工作气体产生均匀高密度线形微波等离子体源,并在扩散腔形成较均匀的高密度等离子体分布。

所述的微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统，其特征在于：所述的同轴圆波导内贯穿整个波导的同轴微波天线为铜等良导体材料，开口方式可为开口半圆柱或三角楔形开口圆柱。

所述的微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统，其特征在于：所述的磁铁组件可组合形成发散场磁场分布，或形成类磁镜场磁场分布，以满足不同的应用范围。

所述的微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统，其特征在于：所述磁铁组件可为合金永磁材料或者铁氧体永磁材料。

所述的微波天线调控磁增强线形等离子体源产生系统，其特征在于：所述放电腔及扩散腔为无磁或弱磁不锈钢的真空腔体。