一种平面小功率微波微等离子体线性阵列源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微波等离子体源的技术领域，尤其设及一种基于微带传输线的 2. 45GHz平面小功率微波微等离子体线性阵列源。
【背景技术】
[0002] 小功率微波微等离子体技术是一项近几年发展起来的集微电子技术、微波技术和 等离子体技术于一体的高新技术，它是随着MEMS技术的发展而发展起来的。微等离子体包 括直流微等离子体、射频微等离子体和微波微等离子体。当放电空间进一步减小到纳米尺 寸时，就成为纳等离子体。由于微电子机械系统（MEM巧具有低损耗、高隔离、体积小、制造 成本低、易与1C、MMIC电路集成等特点，通过MEMS工艺可W实现微波等离子体的小功率封 装和有源集成。因此将微波等离子体结合MEMS工艺可使等离子体的结构和特性发生巨大 的改变。
[0003]微波等离子体可广泛应用于新材料、微电子和化学等高科技领域，随着微波等离 子体的小型化发展，电路尺寸要求在毫米级、微米级甚至纳米级。平面小功率微波微等离子 体线性阵列源就是采用MEMS工艺加工一个微带传输线线性阵列，通过不超过200毫瓦的小 功率微波在每个单元激励起5毫米甚至0. 2毫米尺寸的微等离子体。由于此项技术在低成 本的滚动条式低温薄膜沉积和大面积低温材料（如生物制品等）的表面处理等领域具有良 好的应用前景，因而受到越来越广泛的关注。
[0004] 目前，射频等离子体阵列源主要采用四分之一波长微带传输线结构，当谐振频率 为300MHZ-1. 5GHz、输入功率为20W时，通过单点馈电，在传输线阵列和接地导带之间的缝 隙处激励起等离子体。由于该种结构的阵列源，其谐振频率会随着单元数和禪合模式的变 化而变化，导致功率源成本高，而且激励的等离子体分布也不均匀。
【发明内容】
[0005]本发明克服了现有技术阵列源的缺陷，较好实现了小功率平面微波微等离子体线 性阵列源的低成本、小功率输入和微等离子体双线性阵列均匀激励。
[0006] 本发明根据微波谐振器的禪合模理论（Coupled-modetheory,CMT)，四分之一波 长微带传输线阵列、禪合条、接地导带和馈电导带等共同组成的微带谐振器有很多谐振模 式，不同模式对应不同的谐振频率，而谐振频率可W通过数值仿真或实验测试获得。第一个 谐振模式为谐振频率最低的模式，第二个谐振模式为下一个最大谐振频率的模式，本发明 指中选取谐振频率为2. 45GHz，即四分之一波长微带传输线阵列W及每个微带传输线阵列 单元的谐振频率都为2. 45GHz。根据CMT模型，两个微带传输线阵列单元之间的禪合系数只 与单元电路几何结构有关，而与频率无关。微带谐振器阵列的场分布取决于两个微带传输 线阵列单元之间禪合系数的差值。
[0007]本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源，包括：微带传输线阵列、禪 合条、接地导带和馈电导带；其中，所述微带传输线阵列包括多个平行排列的微带传输线单 元，所述微带传输线单元通过所述禪合条连接；所述微带传输线单元包括两个四分之一波 长微带传输线，两个所述四分之一波长微带传输线的一端通过第一接地点与接地板连接， 另一端等效开路，贴近所述接地导带，并与所述接地导带之间具有缝隙；所述馈电导带设置 于所述微带传输线阵列的中央，并与所述微带传输线单元平行排列；所述馈电导带包括第 一馈电导带和第二馈电导带，所述第一馈电导带和所述第二馈电导带的一端通过第二接地 点与接地板连接，另一端贴近所述接地导带，并与所述接地导带之间具有缝隙；所述第一馈 电导带上设置有第一馈电点，所述第二馈电导带上设置有第二馈电点；通过双馈电点输入 小功率微波，在缝隙处激励起平面微波微等离子体双线性阵列；所述接地导带上设置有第 =接地点，所述第=接地点与接地板连接。
[000引本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线单元的 长度为四分之一波导波长的奇数倍，宽度为l-2mm。
[0009] 本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述缝隙宽度范围为 10-200ym。
[0010] 本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线阵列的 谐振频率为2. 4501Z，所述微带传输线单元谐振频率也为2. 4501Z。
[0011] 本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线单元的 数量为6-100个；所述微带传输线单元之间的间距为0. 1-lmm。
[0012] 本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线单元之 间的间距相等，或随离所述馈电导带的距离增大而线性或指数减小。
[0013] 本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述禪合条的宽度为l-lOmm。
[0014] 本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述第一馈电点和所述 第二馈电点的位置与所述禪合条处于同一条直线上；所述馈电导带的宽度等于或大于所述 微带传输线单元的宽度。
[0015] 本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述微带传输线阵列、 所述禪合条、所述接地导带和所述馈电导带的高导电率的金属材料为金或铜；所述微带传 输线阵列、所述禪合条、所述接地导带和所述馈电导带的耐高温、耐腐蚀的低损耗介质基片 为藍宝石、高阻娃、多孔娃、红宝石或高频陶瓷。
[0016] 本发明提出的平面小功率微波微等离子体线性阵列源中，所述接地导带的宽度为 10-50mm;所述第S接地点的位置与所述微带传输线单元相对应，并远离所述缝隙。
[0017] 本发明中，第一馈电点和第二馈电点输入端使用SMA接头。
[001引本发明采用单频谐振、双馈电方式，激励起双线性微波微等离子体阵列。
[0019]本发明提供的平面小功率微波微等离子体线性阵列源是一种激励微波微等离子 体的装置，具有成本低、输入功率小和微等离子体双线性阵列均匀激励等优点。基于四分之 一波长传输线的2. 45GHz平面微带线性阵列源使微波功率源和电路成本降低；使用禪合条 和阵列单元间距渐变可提高禪合系数，减小输入功率；而在馈电导带上采用双馈电可使缝 隙处的微等离子体激励均匀，增大微等离子体线性阵列源的尺寸。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明平面小功率微波微等离子体线性阵列源的俯视结构示意图。
[0021] 图2为本发明平面小功率微波微等离子体线性阵列源的局部放大示意图。
[0022] 图3为本发明平面小功率微波微等离子体线性阵列源的纵剖截面示意图。
[0023] 图4a为基于四分之一波长微带谐振器的微波微等离子体线性阵列源单元的等效 电路图。
[0024] 图4b为四分之一波长微带传输线上电压幅度变化曲线。
【具体实施方式】
[0025] 结合W下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条 件、实验方法等，除W下专口提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明 没有特别限制内容。
[0026] 本发明提出了一种平面小功率微波微等离子体线性阵列源，包括；微带传输线阵 列1、禪合条10、接地导带20和馈电导带30。
[0027] 本发明中，微带传输线阵列1包括多个平行排列的微带传输线单元11，多个微带 传输线单元11通过禪合条10连接。微带传输线单元11包括两个四分之一波长微带传输 线111，两个四分之一波长微带传输线111的一端通过同一个第一接地点2与接地板7连 接，另一端贴近接地导带20,并与接地导带20之间具有缝隙3。
[002引本发明中，馈电导带30设置于微带传输线阵列1的中央，并与微带传输线单元11 平行排列。馈电导带30包括第一馈电导带301和第二馈电导带302,第一馈电导带301和 第二馈电导带302的一端通过第二接地点33与接地板7连接，另一端贴近接地导带20,并 与接地导带20之间具有缝隙3。第一馈电导带301上设置有第一馈电点31，第二馈电导带 302上设置有第二馈电点32。
[0029] 本发明中，接地导带20上设置有第=接地点22,第=接地点22与接地板7连接。
[0030] 本发明中，微带传输线单元11的长度为四分之一波导波长的奇数倍，宽度为 l-2mm。
[0031] 本发明中，缝隙3的宽度范围为10-200ym。
[0032] 本发明中，微带传输线阵