一种平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及微波等离子体源的技术领域，尤其涉及一种基于微带传输线的平 面小功率微波微等离子体圆环形阵列源。
【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（MEMS)具有低损耗、高隔离、体积小、制造 成本低、易与IC、MMIC电路集成等特点，通过MEMS工艺可以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 体圆环形阵列源就是采用MEMS工艺加工一个微带传输线圆环形阵列，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 低成本的圆环形低温材料（如塑料以及生物制品等）的表面处理和微波光源等领域具有良 好的应用前景，因而受到越来越广泛的关注。
[0004] 目前，射频等离子体圆形阵列源主要采用6个单元的四分之一波长微带传输线结 构，当谐振频率为1GHz左右、输入功率不超过5W时，通过单点馈电，在传输线末端之间的缝 隙处激励起直径约为2. 5mm的小尺寸圆形微等离子体。由于这种结构的阵列源，其谐振模 式和耦合系数不稳定，导致激励的微等离子体分布很不均匀，严重时还会出现不规则的等 离子体形状，而且尺寸也太小。
[0005] 为了克服现有技术中的上述缺陷，提出了一种全新结构的平面小功率微波微等离 子体圆环形阵列源。
【发明内容】
[0006] 本实用新型提出了一种平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源，包括：微带传 输线同心阵列、中心公共接地点、耦合环、馈电导体和接地导带；其中，所述微带传输线同心 阵列包括至少两条阵列单元；所述阵列单元设置在所述馈电导体的两侧；位于所述馈电导 体每一侧的所述阵列单元中的每条通过所述耦合环连接；所述馈电导体包括至少两根馈电 导带，所述馈电导带在各自的一端互相连接，每根所述馈电导带上设置有至少一个馈电点； 所述中心公共接地点设置在两根馈电导带的连接处；每条所述阵列单元的一端与所述中心 公共接地点连接；所述馈电导带与所述阵列单元以中心公共接地点为圆心成圆环形辐射状 分布；所述接地导带包括至少两个接地导块，每个所述接地导块设置于所述阵列单元和所 述馈电导带的远离所述中心公共接地点的另一端，每个所述接地导块与所述阵列单元或所 述馈电导带的另一端端面之间形成缝隙；所述接地导块的边缘接地。
[0007] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，每条所述阵列单元 的长度为四分之一波导波长的奇数倍，宽度范围为1mm~2mm，数量为6~50个。
[0008] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，所述缝隙的宽度范 围为10ym~200ym，谐振频率为2. 45GHz。
[0009] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，所述耦合环的宽度 范围为lmm~10mm〇
[0010] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，所述馈电导带的宽 度大于或等于所述阵列单元的宽度。
[0011] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，所述馈电导带上设 置有至少一个馈电点。
[0012] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，所述接地导块的长 度大于所述阵列单元的宽度，长度范围为2mm~4mm，宽度范围为4mm~20mm〇
[0013] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，所述微带传输线同 心阵列、所述耦合环、所述馈电导带和所述接地导带由金或铜制成。
[0014] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，进一步包括设置在 所述微带传输线同心阵列、所述耦合环、所述馈电导带和所述接地导带底部的基片。
[0015] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，所述基片由蓝宝 石、高阻硅、多孔硅、红宝石或高频陶瓷制成。
[0016] 本实用新型所述平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源中，所述基片的底部设 置有接地板，所述接地板与所述中心公共接地点和所述接地导带连接。
[0017] 本实用新型的有益效果在于：
[0018] 本实用新型提供的平面小功率微波微等离子体圆环形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圆环形阵列均匀激励等优点。基于 四分之一波长传输线的2. 45GHz平面微带圆环形阵列源使微波功率源和电路成本降低；使 用耦合环可提高耦合系数，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，增大微等离子体圆环形阵列源的尺寸。本实用新型采用圆环形辐射分布 的阵列单元和馈电导体，使得微波微等离子体阵列出现更大尺寸的圆环形结构，更有利于 特定形状材料的高效处理。
【附图说明】
[0019] 图1是本实用新型平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源的俯视结构示意图。
[0020] 图2是本实用新型平面小功率微波微等离子体圆环形阵列单元中缝隙的放大示 意图。
[0021] 图3是本实用新型平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源的纵剖截面示意图。
[0022] 图4(a)是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，图4(b)是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】
[0023] 结合以下具体实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明。实施本实用新 型的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知 常识，本实用新型没有特别限制内容。
[0024] 参见图1和图2,本实施例提供一种平面小功率微波微等离子体圆环形阵列源，包 括微带传输线同心阵列1、中心公共接地点2、耦合环3、馈电导体4和接地导带5。所述微带 传输线同心阵列1包括至少两条阵列单元11。所述阵列单元11设置在所述馈电导体4的 两侧。位于所述馈电导体每一侧的所述阵列单元11中的每条通过所述耦合环3连接。所 述馈电导体4包括至少两根馈电导带4a，4b，所述馈电导带4a，4b在各自的一端互相连接， 每根所述馈电导带4a，4b上设置有至少一个馈电点41。所述中心公共接地点2设置在两 根馈电导带4a，4b的连接处。每条所述阵列单元11的一端与所述中心公共接地点2连接。 所述馈电导带4a，4b与所述阵列单元11以中心公共接地点2为圆心成圆环形辐射状分布。 所述接地导带5包括至少两个接地导块51，每个所述接地导块51设置于所述阵列单元11 和所述馈电导体4的远离所述中心公共接地点2的另一端，每个所述接地导块51与所述阵 列单元11或所述馈电导体4的另一端端面之间形成缝隙6。所述接地导块51的边缘接地。
[0025] 阵列单元11的长度为四分之一波导波长的奇数倍，宽度范围为1mm~2_，数量 为6~50个，耦合环3的宽度为1_，实际尺寸和数量可根据实际情况调整。参见图1，本 实施例中阵列单元11的数量为14个，馈电导体4两侧分别均匀分布设置有7个阵列单元 11，7个阵列单元11之间利用一个耦合环3连接。
[0026] 馈电导体4包括至少两根馈电导带，本实施例中为馈电导带4a，4b。馈电导带4a， 4b上设置有至少一个馈电点41。中心公共接地点2设置在中央，阵列单元11和馈电导体4 的一端与中心