一种磁探针装置的制作方法

本发明涉及磁诊断领域，特别是涉及一种磁探针装置。

背景技术

容性耦合等离子体源(ccp)和感性耦合等离子体源(icp)已被广泛应用于芯片生产、太阳能电池制备，平板显示器制造以及微机电加工等领域中。等离子体材料处理与加工已成为半导体行业中的核心技术。为了优化工艺参数，节约成本，提高产能，人们采用各种技术手段对等离子体源中的重要参数进行原位诊断。

磁探针是对等离子体空间电磁场测量的重要工具，已经被应用于核聚变装置、磁镜装置、射频等离子体源以及爆炸等离子等领域。典型的磁探针结构非常简单，通常由数匝感应线圈制成，基本原理是利用法拉第电磁感应定律。当探针置于交变磁场中时，线圈两端的感应电动势vp正比于磁场强度b，即：vp(t)＝-jωnabe^jωt。其中，ω为磁场角频率，n为探针线圈匝数，a为线圈横截面积。在感性耦合等离子体源中，通过磁探针不仅能获得磁场的空间分布，还能计算得到电流密度、电场以及电子功率沉积的空间分布，成为探索其物理本质的重要工具。但是，在容性耦合等离子体源中，由于放电由电场驱动，空间的磁场较弱，因此磁场测量相对困难。此外，探针与等离子体电势之间的容性耦合还会产生干扰信号，严重影响磁场的测量，导致磁探针的测量精度不高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种磁探针装置，以提高磁探针装置的抗干扰性，提高等离子体测量的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种磁探针装置，所述磁探针装置包括：磁探针本体和信号处理电路，所述磁探针本体输出端与所述信号处理电路的输入端连接；所述信号处理电路包括第一电容、第二电容、法拉第屏蔽装置和升压变压器，所述法拉第屏蔽装置固定于所述升压变压器的原边线圈和副边线圈之间；所述升压变压器的原边线圈设置中心抽头，并且所述中心抽头接地；所述原边线圈的第一端串联所述第一电容，所述原边线圈的第二端串联所述第二电容。

可选的，所述磁探针装置还包括：示波器，所述信号处理电路的输出端与示波器连接，所述示波器用于显示所述信号处理电路的输出电压的参数。

可选的，所述磁探针本体具体包括：探针头、第一同轴线、第二同轴线和石英玻璃管；所述第一同轴线和所述第二同轴线平行放置，所述第一同轴线和所述第二同轴线整体的外部通过铝箔层包裹，通过铝箔层包裹的所述第一同轴线和所述第二同轴线插入固定于所述石英玻璃管内部；所述探针头由两匝线圈组成；所述探针头的第一端与第一同轴线的第一端连接，所述探针头的第二端与所述第二同轴线的第一端连接；所述第一同轴线的第二端与所述升压变压器的原边线圈的第一端连接；所述第二同轴线的第二端与所述升压变压器的原边线圈的第二端连接。

可选的，所述线圈的直径为10毫米，所述线圈的材质为漆包线或者钨丝。

可选的，所述第一同轴线的特征阻抗为50欧姆，所述第二同轴线的特征阻抗为50欧姆。

可选的，所述磁探针本体还包括：第一sma射频连接器和第二sma射频连接器；所述第一同轴线的第二端通过第一sma射频连接器与所述原边线圈的第一端连接，所述第二同轴线的第二端通过第二sma射频连接器与所述原边线圈的第二端连接。

可选的，所述第一电容和所述第二电容均为可变电容。

可选的，所述第一电容的电容值为155pf，所述第二电容的电容值为155pf。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

采用信号处理电路，可同时实现提高磁感应信号、降低容性干扰信号的功能，显著改善了磁探针的信噪比，提高了等离子体的测量精度。而且本发明电路简单，可适用于大多数磁探针的测量情况。使用时只需要调节电容参数即可达到电路最优工作点，操作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明磁探针装置中磁探针本体的结构示意图；

图2为本发明磁探针装置中信号处理电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

磁探针是等离子体诊断的重要工具，磁探针的信噪比是衡量其可靠性的关键指标。尤其是在容性耦合等离子体源中，弱磁场和强电场的存在使得磁场测量变得非常困难，如何提高信噪比成为精确磁诊断的必要技术。本发明提供一种提高磁探针信噪比的磁探针装置。通过调节信号处理电路中的电容参数，磁探针输出信号中的感性信号显著提高，同时容性干扰信号被抑制，实现了更高的信噪比。本发明具有结构简单、抗干扰强，适用于容性耦合等离子体源装置的磁诊断的优点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的磁探针装置包括：磁探针本体和信号处理电路两个部分，所述磁探针本体输出端与所述信号处理电路的输入端连接。图1为本发明磁探针装置中磁探针本体的结构示意图，如图1所示，磁探针本体包括：探针头1、第一同轴线2、第二同轴线3、铝箔层4和石英玻璃管5。探针头1由直径为0.5毫米的漆包线制成(高温环境下可采用钨丝)，包含两匝线圈，线圈的直径为10毫米。探针头1的两端(即线圈的两端)分别两根同轴线相连，探针头1的第一端(即线圈的第一端)与第一同轴线2的第一端连接，探针头1的第二端与所述第二同轴线3的第一端连接。所述第一同轴线2和所述第二同轴线3平行放置并紧靠在一起，所述第一同轴线2和所述第二同轴线3整体的外部通过铝箔层4包裹，即铝箔层4将两根同轴线均包裹于内部，通过铝箔层4包裹的所述第一同轴线2和所述第二同轴线3插入固定于所述石英玻璃管5内部。第一同轴线2和第二同轴线3的特征阻抗均为50欧姆，石英玻璃管5的直径为6毫米。

为了提高磁探针的信噪比，采用图2所示的探针信号处理电路。如图2所示，图2为本发明磁探针装置中信号处理电路的结构示意图。信号处理电路主要由串联谐振电路与升压变压器耦合组成。所述信号处理电路包括第一电容c1、第二电容c2、法拉第屏蔽装置和升压变压器。所述法拉第屏蔽装置固定于所述升压变压器的原边线圈和副边线圈之间，用来抑制原边线圈、副边线圈之间的容性耦合。所述升压变压器的原边线圈设置中心抽头，并且所述中心抽头接地。串联谐振电路由第一电容和第二电容与变压器原边线圈串联组成，具体的，原边线圈的第一端串联所述第一电容c1，所述原边线圈的第二端串联所述第二电容c2，第一电容c1和第二电容c2均为可变电容。

磁探针本体中的第一同轴线的第二端通过sma射频连接器与所述升压变压器的原边线圈的第一端连接；第二同轴线的第二端通过sma射频连接器与所述升压变压器的原边线圈的第二端连接。信号处理电路输出端与示波器相连。此时，将磁探针本体的针探头置于交变磁场中，探针头线圈中产生的感应电压经过信号处理电路后会显示在示波器上，由此可以读取得到输出电压的幅值。最终，通过输出电压与磁场的标定关系可确定其磁场大小。

结合本发明的信号处理电路，对第一电容和第二电容的电容值对于磁探针装置的灵敏度讨论：

首先，我们给出信号处理电路对感性信号的放大功能。本示例中，采用的测试磁场频率为13.56mhz，电路中c1固定为170pf。通过调节c2可以显著改变磁探针的输出电压。在实验参数范围内，探针输出电压u0随c2先增加后降低，当c2＝150pf时达到最大值。此时，探针输出电压u0约为43mv，较探针线圈内部感应电压(约为4mv)高一个数量级。因此，通过调节c2可以显著提高磁探针的感应信号输出，从而有效提高其磁灵敏度。

下面，我们将给出信号处理电路对容性干扰信号的抑制功能。在实际等离子体放电中，除了交变磁场在线圈内产生感应信号之外，等离子体电势与探针之间的容性耦合会导致严重的容性干扰信号。尤其在容性耦合等离子体放电中，通常容性干扰信号强度会远大于感性信号。以电路中c1固定为170pf为例，容性输出电压u0随着c2先增加，后降低，随后进一步增大。在大部分参数范围下，容性输出电压u0较大，甚至大于前述感应信号强度。但是，当c2＝170pf时u0达到最小值(小于4mv)。因此，通过调节c2可以显著降低磁探针容性干扰信号，有效提高其抗干扰能力。进一步实验结果表明，通过微调c1可以确定探针电路的最优工作点，即在同一c2参数下同时实现最大的感性信号和最小的容性信号。

本实验最终得到的最优工作点为：c1＝c2＝155pf。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。