[发明专利]一种螺旋波-离子回旋共振耦合放电系统

说明书

本发明公开了一种螺旋波‑离子回旋共振耦合放电系统，结构包括有进气管道(1)、进气密封(2)、螺旋波放电室(3)、放电管(4)、螺旋波天线(5)、隔离板(6)、离子回旋加热室(7)、离子回旋天线(8)、扩散隔板(9)、扩散密封(10)、扩散室(11)、扩散泵口(12)、磁体线圈(13)、天线泵口(14)。本发明系统中实现高密度、高温度等离子体电离激发和加热集成化。等离子体激发天线和加热天线置于真空环境内有效降低天线的功率损失，提高设备操作的安全性，等离子体激发和加热之间设置物理隔离可有效降低两者电磁波的相互干扰，提高等离子体耦合效率。通过调整激发和加热的功率比可控制等离子体电子密度10¹⁵‑10¹⁹m‑³、离子温度0‑100eV、脉冲/连续放电。

技术领域

本发明涉及应用于高密度等离子体激发-加热的耦合放电技术，主要涉及一种螺旋波-离子回旋共振耦合放电系统。

背景技术

等离子体作为物质的第四态，同时也是聚变能和工业发展的主要技术之一，近些年备受世界各国科研院校和企业的关注。等离子体中的电子密度和离子能量作为衡量等离子体状态的主要技术指标，一直是等离子体源研究领域探索的不断突破方向。高密度等离子体主要通过直流、射频、微波和激光等手段通过电离放电气体获得。然而电离率和放电参数的影响，螺旋波等离子体作为一种理论上可以获得100％电离率的放电模式，成为未来高密度等离子源发展的重要研究方向之一。另一方面，由于电子和离子质量差距较大，较高的电子密度和较大的离子温度很难同时获得，高密度的螺旋波等离子体产生的离子温度仅是接近室温(0.025eV)，目前对离子加热的手段主要通过对栅网施加偏压的方式获得较高的离子温度。然而，利用该方式获得离子温度受栅网的寿命影响。等离子体轰击到栅网上对其造成刻蚀，且会污染等离子体。这对于例如半导体行业对高纯等离子体的需求来说是不可接受的。此外，无电极的微波对等离子体加热也被应用到等离子体研究中，微波加热方式对电子加热效应比较明显，通过热电子和离子的碰撞获得较高的离子温度，该方式具有较低的加热效率。

根据以上研究背景，本发明提出一种螺旋波-离子回旋共振耦合放电系统。该系统采用分段式设计，将等离子源的产生、加热和扩散进行独立工作，且三段之间通过等离子体进行连接。该系统实现螺旋波等离子体源和离子回旋工作加热模块进行耦合，有利于获得较高的电子密度(10¹⁵-10¹⁹m-³)和离子温度(0-100eV)。该系统可根据工况需求对等离子体激发和加热过程进行功率分配，从而实现对电子密度和离子温度进行连续调节。等离子体激发和加热天线均置于真空环境内，且等离子体与天线不接触，没有电极烧蚀的风险。同时该放电系统也具有多模式放电、可重复性高的优点，具有不同的等离子体密度等级且可进行脉冲或连续放电，对工业应用和等离子体研究均有较高的实用价值和研究价值。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种螺旋波-离子回旋共振耦合放电系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：