[发明专利]一种表面波等离子体发生装置和方法

说明书

本发明公开了一种表面波等离子体发生装置，包括依次连接的微波源、环形隔离器、匹配调节器、波导管、耦合变换器、耦合隔离器和反应器，反应器为上底敞开、下底密封的圆柱形筒体，反应器的上底与耦合隔离器的一面固定连接，耦合隔离器的另一面与耦合变换器固定连接，反应器的侧面设有进气管和气压调节装置，气压调节装置用于维持反应器中的低气压环境。本发明还公开了一种表面波等离子体发生的方法，利用前述表面波等离子体发生装置，去掉了现有技术中常用的滤波板，实现多模耦合，在耦合隔离器处实现较大电场，使激发的等离子体密度更大，更均匀。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种表面波等离子体发生装置和方法。

背景技术

等离子体作为“物质的第四态”在现代产业中广泛使用，比如碳纳米管的制备、半导体的加工、材料的表面改性等，在等离子体的应用中，除了保证等离子体放电的安定性及再现性以外，还要求低压等离子体高密度化，大面积化和均匀化。

现有的微波表面波等离子体发生装置在微波耦合入反应器之前，需通过缝隙板，在缝隙板上产生偏振，但通过缝隙板时，不仅微波能量会大量损失，而且透过的微波也会出现不均匀的现象，不利于生成高密度、大面积的均匀等离子体。

发明内容

本发明提供一种表面波等离子体发生装置和方法，去掉了缝隙板，改变耦合变换器的结构，提供高密度、大面积的均匀等离子体。

一种表面波等离子体发生装置，包括依次连接的微波源、环形隔离器、匹配调节器、波导管、耦合变换器、耦合隔离器和反应器，所述反应器为上底敞开、下底密封的圆柱形筒体，所述反应器的上底与所述耦合隔离器的一面固定连接，所述耦合隔离器的另一面与所述耦合变换器固定连接，所述反应器的侧面设有进气管和气压调节装置，所述气压调节装置用于维持所述反应器中的低气压环境。

进一步地，所述反应器上设有通气管，所述通气管上设置控制阀和压力检测器，所述压力检测器比所述控制阀靠近所述反应器。

进一步地，所述进气管上设有气体流量控制器。

进一步地，所述波导管选用方形波导管。

进一步地，所述耦合变换器依次包括传输段、过渡段和实现段，所述传输段与所述波导管连接并且两者的截面相同，所述实现段与所述耦合隔离器连接，并且所述实现段的截面与所述反应器的截面相同，所述过渡段为截面渐变的波导，所述过渡段的截面由与所述传输段相同的截面渐变为与所述实现段相同的截面。

进一步地，所述过渡段长度L₁＝5cm～65cm，所述实现段长度L₂＝2cm～5cm，所述反应器的高度为6cm～40cm，所述实现段截面直径与所述反应器底面直径相等，直径D＝10cm～30cm。

进一步地，所述耦合隔离器为石英或无极性陶瓷中的一种。

进一步地，所述反应器上设有等离子体检测端口和观察窗，所述观察窗采用玻璃或石英。

一种表面波等离子体发生方法，利用权利要求所述的表面波等离子体发生装置，具体方法如下：

启动所述气压调节装置，将所述反应器抽真空，然后从所述进气管通入气体，并利用所述气压调节装置维持所述反应器中的气压范围为0.1～2000Pa，利用所述气体流量控制器控制通入气体的流量为0-10L/min；

启动所述微波源，利用所述微波源输出微波，微波的功率为200W-5000W，微波的频率为2450MHz±20MHz，微波经过所述环形隔离器传输至所述匹配调节器，经所述匹配调节器调节后，通过所述波导管传输到所述耦合变换器并进一步传输到所述耦合隔离器，微波通过所述耦合隔离器注入到所述反应器中，所述耦合隔离器处于所述反应器内的一侧电离气体形成表面波等离子体。