[发明专利]微波等离子体装置及等离子体激发方法

说明书

一种微波等离子体装置，其中，包括：等离子体反应单元，具有一腔体；原子态控制单元，包括梯度电极，所述梯度电极设置于所述腔体内，配置为在腔体至少部分空间内产生梯度电场；气体单元，用于向等离子体反应单元的腔体内通入气体；微波产生单元，产生并传输微波至该至少部分空间。本发明的装置借助梯度外部电场扰动装置，能够实现原子态等离子的产生、筛选与维持，还可以实现分子态等离子和原子态等离子的调控激发。

技术领域

本发明涉及半导体技术及等离子体物理领域，具体涉及一种微波等离子体装置，以及采用该微波等离子体装置进行等离子激发方法。

背景技术

宇宙中，等离子体是物质最主要的正常状态，也被称为物质的第四状态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。随着人们对等离子体认识的不断深入，等离子体技术也得到了快速发展，目前等离子体技术广泛应用于、物理、环境、半导体等领域，例如等离子体冶炼、等离子体喷涂、等离子体焊接、等离子体刻蚀、等离子体氧化等等。

最常见的等离子体产生方法是气体放电法，主要的激励方式有：直流放电、交流放电、射频放电、激光和微波激励。其中微波等离子体能将微波能量转换为气体分子的内能，从而使气体激发、电离产生等离子体。与其他放电等离子体相比，微波等离子体具有很多优势：(1)微波等离子体由于无极高频放电，能避免电极污染；(2)微波等离子体具有更高的电子温度、电子密度以及更宽的发射光谱；(3)利用波导，可以将放电区与工艺操作区隔离；

目前国内对于微波等离子体的研究相对较少，国外的研究也不完全成熟。许多研究多集中在研究微波激发等离子体的性质如何，并未尝试对其激发种类进行调控。

发明内容

本发明目的在于以基本的微波激发等离子体设备为基础，通过原子态控制单元的引入，从而实现微波激发原子态等离子体的产生及维持。该微波装置能够实现原子态等离子体和分子态等离子体的自动调控激发和粒子筛选。

根据本发明的一方面，提供一种微波等离子体装置，其中，包括：

等离子体反应单元，具有一腔体；

原子态控制单元，包括梯度电极，所述梯度电极设置于所述腔体内，配置为在腔体至少部分空间内产生梯度电场；

气体单元，用于向等离子体反应单元的腔体内通入气体；

微波产生单元，产生并传输微波至该至少部分空间。

在一些实施方案中，所述等离子体反应单元还包括基台，所述至少部分空间位于该基台上部，所述梯度电极包括多对电极，每对电极于该基台的上部相对布置。

在一些实施方案中，所述原子态控制单元还包括光谱仪和控制器，所述光谱仪用于采集腔体内等离子体激发光谱信号，所述控制器用于接收等离子体激发光谱信号。

在一些实施方案中，所述控制器还用于控制气体单元向所述腔体通入气体或者停止通入。

在一些实施方案中，微波等离子体装置还包括控制器，所述控制器用于分别控制各对电极的功率。

在一些实施方案中，微波等离子体装置还包括水冷单元，围绕在微波产生单元和等离子体反应单元设置。

在一些实施方案中，所述多对电极之间是平行排列的成对的出现、小于半圆环的条带状结构；条带顶角介于0～180度之间；或者梯度电极与相对的梯度电极水平方向上错开。

根据本发明的另一方面，提供一种等离子体激发方法，包括：

通过微波产生单元在等离子体反应单元腔体内产生分子态等离子体；

通过原子态控制单元的梯度电极在腔体内产生梯度电场，通过电场扰动在至少部分空间内产生原子态等离子体。