[实用新型]一种大功率复合频率ICP等离子发生器

说明书

本申请公开了一种大功率复合频率ICP等离子发生器，包括：射频电源，频率为3‑27.12MHz,功率为1‑10KW；中频电源，频率为50‑1000KHz,功率为10‑200KW；等离子体管，内部形成有等离子体发生内腔；螺旋感应圈，同轴包裹于所述等离子体管外壁，上端为所述射频电源接入端，下端为所述中频电源接入端，所述射频电源接入端下方抽头为所述射频电源、中频电源公共接地端；气体分布头，密封设置于所述等离子体管顶部。本实用新型的优点在于电源的成本低，可靠性高，可以大大降低感应电源的制造或采购成本。

技术领域

本申请涉及等离子发生器，特别涉及一种大功率复合频率ICP等离子发生器。

背景技术

大功率ICP等离子体应用技术被广泛应用于纳米材料制备，粉末喷涂，金属加工等许多技术领域。

ICP等离子体发生器，自上世纪六十年代起，已经开始用于工业设备装置，其结构经过多年的优化改良，已经非常完善。其基本结构包括一个4-6圈的感应圈，把高频交流电能送入等离子体中；一个管状的等离子腔体，通常是用石英材料制作，用来限定等离子体的范围；一个气体分布头，将气体以一种特定的模式送入等离子腔体，以保证能够产生稳定的等离子体，并将等离子体限制在等离子腔体的中心部位，使等离子腔体管壁不和等离子体直接接触，以保护等离子腔体不因接触等离子体的高温而损坏。对于功率在五千瓦以上的装置，还需要在腔体外用冷却液加以冷却，一般是用双层管，管壁之间通去离子水冷却。高频交流电源，一般都是用射频电源，频率在3兆赫到几十兆赫，功率在几个千瓦到上百个千瓦不等。

上述ICP等离子体发生器的主要缺点是必须使用射频交流电源，频率为3兆赫到几十兆赫，在这个频率范围内，射频电源对负载的阻抗的变化非常敏感，一旦气流有变化，引起等离子体的内阻变化，就容易造成等离子体熄灭；为解决这个问题，通常要配备与射频电源功率相当的射频匹配器，以便在等离子体内阻发生变化时进行自动调整内阻匹配。另外一个缺点是射频电源一般采用固态射频晶体管作为功率放大器件，受于半导体器件制造工艺的限制，射频晶体管的功率只能做到150瓦左右，因此大功率的射频电源需要用几十甚至上百个这样的晶体管，造成射频电源的可靠性比较差，并且，与相同功率的中频感应电源(频率为几十到几百千赫)相比，射频电源的采购成本要高8-10倍。而且相同功率的射频匹配网络的采购成本也有同功率的射频电源的价格的1/4左右。

实用新型内容

本实用新型的目的在于用功率为10-200KW、频率为几十到几百千赫兹的中频感应电源，取代功率为10-200KW、频率为3到几十兆赫的射频电源，用于大功率ICP等离子体发生器。中频感应电源采用大功率IGBT模块，每个模块的输出功率可达十几千到一、两百千瓦，电源的成本低，可靠性高，可以大大降低感应电源的制造或采购成本。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案。

本申请实施例公开了一种大功率复合频率ICP等离子发生器，包括：

射频电源，频率为3-27.12MHz,功率为1-10KW；

中频电源，频率为50-1000KHz,功率为10-200KW；

等离子体管，内部形成有等离子体发生内腔；

螺旋感应圈，同轴包裹于所述等离子体管外壁，上端为所述射频电源接入端，下端为所述中频电源接入端，所述射频电源接入端下方抽头为所述射频电源、中频电源公共接地端；

气体分布头，密封设置于所述等离子体管顶部。

优选的，在上述的大功率复合频率ICP等离子发生器中，还包括高压点火电极，自所述气体分布头引入至所述等离子体发生内腔。