一种微波等离子体装置的制作方法

本发明实施例涉及等离子体物理及应用科学研究领域，尤其涉及一种微波等离子体装置。

背景技术：

1、微波等离子体技术是近些年发展起来的一种新型的技术，在半导体、废弃处理等领域得到了广泛的应用。其产生原理是采用高能微波使气体电离，产生大量活性离子，活性离子之间相互反应、重新生成新的材料，或者采用活性离子的能量进行清洗、刻蚀的工序。

2、通常情况下，微波等离子体具有两个重要的技术指标：产生等离子体的尺寸、等离子体的离子浓度。一般情况下，气压越高，所产生的等离子体离子浓度也越高，所需要的微波能量也越高，材料合成或者进行其它工序的处理速度也越快。而等离子体的尺寸往往会受到微波波长的限制，通常情况下其所产生的等离子体直径不大于半波长。当气压较低或者微波能量较大时，也可能以多个波长周期为中心产生多个等离子体，等离子之间相互扩散形成一片较大的等离子体区域。

3、然而，发明人在实现本申请的过程中发现，现有微波等离子设备主要分为以下两种：1、常压等离子体炬，通过压缩波导产生较大电场，用金属尖端进行“点火”，在石英筒内产生等离子体，持续通入气体，一方面维持等离子体的气体成分，另一方面气体带走大量热量，起到散热的作用，保护石英管不被高温融化。2、低压等离子体，该技术需要让腔体维持在一定的低压状态，然后在腔体内形成一定驻波模式，或者在腔体内放入金属结构，产生局部的强电场区域，以便激发腔体内的气体电离，产生稳定的等离子体。

4、现有技术的缺陷：

5、1、常压等离子体炬不稳定，合成物料杂质较多，尤其是点火时需要金属丝“点火”，容易引入污染物。

6、2、常压等离子体微波从玻璃管侧面馈入，电场分布不均匀，容易在在石英玻璃管壁产生积碳，需要定期清理，否则设备无法长时间使用。

7、3、低压等离子体密度较低，腔体内多个模式不可控，离子密度不均匀，容易局过热或者产生次生等离子体。

8、因此，有必要发明一种微波等离子体装置以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种微波等离子体装置，以产生稳定的等离子体，减小引入杂质的污染。

2、本发明实施例解决其技术问题提供以下技术方案：提供一种微波等离子体装置，包括谐振腔、真空腔以及依次连接的微波发生器、环形器、三销钉微波调谐器、微波模式转换器、短路活塞，所述谐振腔的两端分别连接所述微波模式转换器和所述真空腔，所述微波模式转换器上设有伸入所述谐振腔内部的微波天线，所述谐振腔和所述真空腔之间设有石英窗口，所述石英窗口用于隔离所述谐振腔和所述真空腔，其中，沿所述真空腔的轴向，所述真空腔两端的尺寸均大于所述真空腔中部的尺寸。

3、在一些实施例中，沿所述真空腔的轴向，所述真空腔包括依次连通的第一真空腔、第二真空腔及第三真空腔，所述第一真空腔背离所述第二真空腔的一端连接所述石英窗口，其中，所述第一真空腔的内径和所述第三真空腔的内径均大于所述第二真空腔的内径。

4、在一些实施例中，所述第一真空腔自朝向所述第二真空腔的一端至所述第一真空腔的另一端的内径逐渐增大，和/或，所述第三真空腔自朝向所述第二真空腔的的一端至所述第三真空腔的另一端的内径逐渐增大。

5、在一些实施例中，所述真空腔包括过渡腔，所述过渡腔连接于所述石英窗口和所述第一真空腔之间，所述过渡腔与所述第一真空腔连通。

6、在一些实施例中，所述第二真空腔的内壁设有石英管。

7、在一些实施例中，所述微波发生器被构造为生成波长为l的微波，所述第二真空腔的内径范围为：l/1.31～l/0.82，和/或

8、所述第二真空腔的内壁设有石英管，所述微波发生器被构造为生成波长为l的微波，所述第二真空腔的内径范围为：l/(1.31*1.87)～l/0.82。

9、在一些实施例中，还包括真空泵，所述真空腔背离所述谐振腔的一端设有排气口，所述真空泵与所述排气口连接。

10、在一些实施例中，所述真空腔背离所述谐振腔的一端设有集料罐，所述集料罐与所述真空腔连通，所述排气口设于所述集料罐。

11、在一些实施例中，包括分离器，所述分离器连通于所述集料罐与所述真空泵之间。

12、在一些实施例中，所述真空腔的外壁设有水冷通道。

13、本发明实施例的有益效果：

14、与现有技术相比较，本申请实施例提供的一种微波等离子体装置中真空腔两端的尺寸均大于真空腔中部的尺寸，从而使得真空腔中部的电场强度最强，以便在该位置激发产生稳定的等离子体，避免真空腔的其他区域产生次生等离子体；微波在真空腔内的电场模式为tm01模式，该模式下腔体中心位置电场最强，腔壁和石英玻璃管壁电场几乎为零，能够很好地防止等离子对腔壁和石英玻璃管的刻蚀；石英玻璃管壁电场极小且均匀，不会产生积碳；另外，本申请的微波等离子体装置无需点火，避免了因点火引入杂质的问题。

技术特征：

1.一种微波等离子体装置，其特征在于，包括谐振腔、真空腔以及依次连接的微波发生器、环形器、三销钉微波调谐器、微波模式转换器、短路活塞，所述谐振腔的两端分别连接所述微波模式转换器和所述真空腔，所述微波模式转换器上设有伸入所述谐振腔内部的微波天线，所述谐振腔和所述真空腔之间设有石英窗口，所述石英窗口用于隔离所述谐振腔和所述真空腔；

2.根据权利要求1所述的微波等离子体装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的微波等离子体装置，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的微波等离子体装置，其特征在于，

5.根据权利要求2-4任一项所述的微波等离子体装置，其特征在于，

6.根据权利要求2-4任一项所述的微波等离子体装置，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的微波等离子体装置，其特征在于，还包括真空泵，所述真空腔背离所述谐振腔的一端设有排气口，所述真空泵与所述排气口连接。

8.根据权利要求7所述的微波等离子体装置，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的微波等离子体装置，其特征在于，包括分离器，所述分离器连通于所述集料罐与所述真空泵之间。

10.根据权利要求1所述的微波等离子体装置，其特征在于，

技术总结
本发明涉及等离子体物理及应用科学研究领域，公开了一种微波等离子体装置，包括谐振腔、真空腔以及依次连接的微波发生器、环形器、三销钉微波调谐器、微波模式转换器、短路活塞，谐振腔的两端分别连接微波模式转换器和真空腔，微波模式转换器上设有伸入谐振腔内部的微波天线，谐振腔和真空腔之间设有石英窗口，石英窗口用于隔离谐振腔和所述真空腔；其中，沿所述真空腔的轴向，真空腔两端的尺寸均大于真空腔中部的尺寸。通过上述方式使得真空腔中部的电场分布最强，以便在该位置激发产生稳定的等离子体，避免在其他区域产生次生等离子体，另外，本申请的微波等离子体装置无需点火，避免了因点火引入杂质的问题。

技术研发人员：魏浩胤,谭夏智,张晓达,文定
受保护的技术使用者：湖南微朗科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15