DE19628949B4 - Device for generating plasma - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma in einem Unterdruckbehälter mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern, wobei ein stabförmiger Leiter innerhalb eines Rohres aus isolierendem Werkstoff durch den Unterdruckbehälter geführt ist, wobei der Innendurchmesser des Rohres größer als der Durchmesser des Leiters ist, wobei das Rohr an beiden Enden durch Wände des Unterdruckbehälters gehalten und gegenüber den Wänden an seiner Außenfläche abgedichtet ist und wobei mehrere aus je einem stabförmigen Leiter und einem Rohr bestehende Vorrichtungen in dem Unterdruckbehälter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leiter an beiden Enden an Quellen zur Erzeugung der elektromagnetischen Wechselfelder angeschlossen ist, dass zur Zuführung der elektromagnetischen Wechselfelder zu den Leitern (51 bis 58) mehrerer jeweils nebeneinander liegender Rohre (41 bis 48) an jeweils einem der Enden ein Verteiler (14 bis 17) mit einem Eingang, mit sich verzweigenden Koaxialleitungen (18 bis 21) und mit Ausgängen vorgesehen ist, die jeweils mit einem der Leiter (51 bis 58) verbunden...contraption for generating plasma in a vacuum container by means of electromagnetic Alternating fields, being a rod-shaped Conductor within a tube of insulating material through the Pressurized container guided is, wherein the inner diameter of the tube is larger than the diameter of the Conductor is, with the tube held at both ends by walls of the vacuum vessel and opposite on the walls sealed on its outer surface is and wherein several of each a rod-shaped conductor and a tube existing devices are arranged in the vacuum container, characterized characterized in that each conductor at both ends to sources for Generation of electromagnetic alternating fields is connected, that to the feeder the electromagnetic alternating field to the conductors (51 to 58) a plurality of juxtaposed tubes (41 to 48) on each one of the ends of a distributor (14 to 17) with an input, with Branching coaxial lines (18 to 21) and provided with outputs, each connected to one of the ladders (51 to 58) ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma in einem Unterdruckbehälter mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern, wobei ein stabförmiger Leiter innerhalb eines Rohres aus isolierendem Werkstoff durch den Unterdruckbehälter geführt ist, wobei der Innendurchmesser des Rohres größer als der Durchmesser des Leiters ist, wobei das Rohr an beiden Enden durch Wände des Unterdruckbehälters gehalten und gegenüber den Wänden an seiner Außenfläche abgedichtet ist und wobei mehrere aus je einem stabförmigen Leiter und einem Rohr bestehende Vorrichtungen in dem Unterdruckbehälter angeordnet sind.The The invention relates to a device for generating plasma in a vacuum tank with Help of electromagnetic alternating fields, being a rod-shaped conductor guided inside a tube of insulating material through the vacuum container, wherein the inner diameter of the tube is greater than the diameter of the Conductor is, with the tube held at both ends by walls of the vacuum vessel and opposite the walls sealed on its outer surface is and wherein several of each a rod-shaped conductor and a tube existing devices are arranged in the vacuum container.

Bei einer derartigen im Hauptpatent beschriebenen Vorrichtung ist es für verschiedene Anwendungen vorteilhaft, die einzelnen Rohre dicht nebeneinander anzuordnen – beispielsweise Rohre mit einem Durchmesser von 30 mm in einem Abstand von 60 mm. Die Zuführung der Wechselfelder erfolgt bei bekannten Vorrichtungen, beispielsweise gemäß DE 41 36 297 A1 durch einen Hohlleiter, der senkrecht zu mehreren nebeneinander angeordneten Mikrowellen-Erzeugungseinrichtungen verläuft. Für jede der Mikrowellen-Erzeugungseinrichtungen ist im Hohlleiter eine Koppeleinrichtung vorgesehen, welche die Auskopplung eines Teils der in dem Hohlleiter geführten Energie zur jeweiligen Plasmaerzeugungseinrichtung vornimmt. Dabei ist der Abstand der einzelnen Koppeleinrichtungen und damit der Plasmaerzeugungseinrichtungen auf die Hälfte der Wellenlänge oder auf ein ganzzahliges Vielfaches davon beschränkt. Bei vielen Anwendungsfällen der Vorrichtung nach dem Hauptpatent ist es jedoch vorteilhaft, die einzelnen Rohre (Mikrowellen-Erzeugungseinrichtungen) dichter nebeneinander anzuordnen.In such a device described in the main patent, it is advantageous for various applications to arrange the individual tubes close to each other - for example, tubes with a diameter of 30 mm at a distance of 60 mm. The feeding of the alternating fields takes place in known devices, for example according to DE 41 36 297 A1 by a waveguide which is perpendicular to a plurality of juxtaposed microwave generating devices. For each of the microwave generating devices, a coupling device is provided in the waveguide, which carries out the coupling of a part of the guided in the waveguide energy to the respective plasma generating device. In this case, the distance between the individual coupling devices and thus the plasma generating devices is limited to half the wavelength or to an integer multiple thereof. In many applications of the device according to the main patent, however, it is advantageous to arrange the individual tubes (microwave generating devices) closer together.

Die Zuführung der elektromagnetischen Wechselfelder zu den Leitern an mehreren jeweils nebeneinander liegenden Rohren ist es aus EP 0 334 184 A2 oder DE 2 226 597 A bekannt, einen Verteiler mit einem Eingang und mit sich verzweigenden Koaxialleitungen zu verwenden, die jeweils mit einem der Leiter verbunden sind. Eine derartige Ausgestaltung der Verteiler ist jedoch aufwendig und teuer.The supply of alternating electromagnetic fields to the conductors at several respectively adjacent tubes, it is made EP 0 334 184 A2 or DE 2 226 597 A It is known to use a distributor having an input and branching coaxial lines each connected to one of the conductors. However, such a configuration of the distributor is complicated and expensive.

Aus EP 0 547 868 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas mittels Mikrowellenenergie beschrieben, bei der die Mikrowellenenergie über Koppeleinrichtungen an gegenüberliegenden Enden von Koaxialleitern eingekoppelt wird.Out EP 0 547 868 A1 a device for generating a plasma by means of microwave energy is described, in which the microwave energy is coupled via coupling devices at opposite ends of coaxial conductors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma die Zuführung der Wechselfelder auch bei dicht nebeneinander liegenden Rohren in einfacher Weise zu ermöglichen.task The present invention is in a device for generating from plasma the feeder the alternating fields even with closely spaced pipes to allow in a simple manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass jeder Leiter an beiden Enden an Quellen zur Erzeugung der elektromagnetischen Wechselfelder angeschlossen ist, dass zur Zuführung der elektromagnetischen Wechselfelder zu den Leitern mehrerer jeweils nebeneinander liegender Rohre an jeweils einem der Enden ein Verteiler mit einem Eingang, mit sich verzweigenden Koaxialleitungen und mit Ausgängen vorgesehen ist, die jeweils mit einem der Leiter verbunden sind und dass der Verteiler jeweils aus einem massiven Metallblock besteht, in welchem die Koaxialleitungen in Form von Kanälen mit jeweils einem Innenleiter eingebracht sind.These Task is inventively characterized solved, that each conductor at both ends to sources for generating the alternating electromagnetic fields that is connected to the feeder the alternating electromagnetic field to the conductors of several each adjacent pipes at each one of the ends of a distributor with an input, with branching coaxial cables and with outputs is provided, which are each connected to one of the conductors and that the distributor each consists of a solid block of metal, in which the coaxial lines in the form of channels, each with an inner conductor are introduced.

Dabei wird eine stabile, betriebssichere und zur Übertragung hoher Leistungen geeignete Vorrichtung insbesondere dadurch erzielt, dass ein Verteiler jeweils aus einem Aluminiumblock besteht, in welchem die Koaxialleitungen in Form von Kanälen mit jeweils einem Innenleiter eingebracht sind.there will be a stable, reliable and high-performance transmission suitable device achieved in particular by a distributor each consists of an aluminum block, in which the coaxial cables in the form of channels with are each introduced an inner conductor.

Je nach Voraussetzungen im Einzelnen können durch einen Verteiler zwei, vier oder auch mehr Leiter mit Wechselfeldern versorgt werden. Bei einer größeren Anzahl von Leitern bzw. Rohren können mehrere Verteiler angeordnet werden, wobei dann vorzugsweise vorgesehen ist, dass dem Eingang jeweils eines Verteilers das Wechselfeld über einen Hohlleiter zuführbar ist.ever According to requirements in detail can be determined by a distributor two, four or more conductors are supplied with alternating fields. For a larger number of conductors or pipes can several Distributor can be arranged, in which case preferably provided is that the input of each one distributor, the alternating field via a waveguide supplied is.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One embodiment The invention is illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail.

Die dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Unterdruckbehälter 1, von dem lediglich zwei Wände 2, 3 dargestellt sind, in denen Glasrohre 41 bis 48 gelagert sind, in denen sich jeweils ein stabförmiger Leiter 51 bis 58 befindet. Einzelheiten zur Lagerung der Glasrohre sowie zur Abdichtung gegenüber den Wänden 2, 3 sind dem Hauptpatent entnehmbar.The illustrated device according to the invention comprises a vacuum container 1 of which only two walls 2 . 3 are shown in which glass tubes 41 to 48 are stored, in each of which a rod-shaped conductor 51 to 58 located. Details of the storage of the glass tubes and the sealing against the walls 2 . 3 are removable from the main patent.

Den stabförmigen Leitern 51 bis 58 werden von beiden Enden hochfrequente Wechselfelder zugeführt. Dazu dient jeweils ein Mikrowellen-Generator 6, 7, dessen Ausgang mit einem Hohlleiter 8, 9 verbunden ist. Jeweils zwei Koppeleinrichtungen 10, 11; 12, 13 in den Hohlleitern 8, 9 koppeln einen Teil der Energie aus den Hohlleitern 8, 9 aus und führen ihn in jeweils eine Eingangsöffnung 22, 23, 24, 25 eines Verteilers 14, 15; 16, 17. Die durch die Öffnungen 22, 23, 24, 25 eingekoppelten Leistungen können durch die Öffnungsdurchmesser, durch die geometrische Form der Koppeleinrichtungen sowie durch Abstimmstifte individuell angepasst werden, so dass von Rohr zu Rohr eine homogene oder beabsichtigte inhomogene Plasmabildung erfolgt.The rod-shaped ladders 51 to 58 High-frequency alternating fields are supplied from both ends. For this purpose, each serves a microwave generator 6 . 7 whose output is a waveguide 8th . 9 connected is. Two coupling devices each 10 . 11 ; 12 . 13 in the waveguides 8th . 9 couple some of the energy from the waveguides 8th . 9 out and lead him in each case an entrance opening 22 . 23 . 24 . 25 a distributor 14 . 15 ; 16 . 17 , The through the openings 22 . 23 . 24 . 25 Coupled powers can be adjusted individually by the opening diameter, by the geometric shape of the coupling devices as well as by tuning pins, so that from tube to tube a homogeneous or intended inhomogeneous plasma formation takes place.

Zwei in Richtung der Doppelpfeile bewegliche Abstimmstifte 26, 27 sind beispielhaft in der Figur dargestellt. Diese wirken auf die Leistung aller an die Verteiler 15, 17 angeschlossenen Rohre 45 bis 48. Abstimmstifte können auch in den verzweigten Teilen der Koaxialleitungen angeordnet sein, wobei sie dann auf die jeweils angeschlossenen Rohre oder einzelne Rohre wirken. In der Figur sind die Abstimmstifte 26, 27 in der Zeichenebene dargestellt, um deren Verschiebbarkeit zu veranschaulichen. Sie können jedoch auch in einem anderen Winkel angeordnet sein, beispielsweise senkrecht zur Zeichenebene.Two tuning pins moving in the direction of the double arrows 26 . 27 are shown by way of example in the figure. These affect the performance of all the distributors 15 . 17 connected pipes 45 to 48 , Tuning pins can also be arranged in the branched parts of the coaxial lines, where they then act on the respectively connected pipes or individual pipes. In the figure are the tuning pins 26 . 27 represented in the drawing plane to illustrate their displacement. However, they can also be arranged at a different angle, for example perpendicular to the plane of the drawing.

Die Koaxialleitung 18, 19, 20, 21 verzweigt sich jeweils zu vier Ausgängen, die mit jeweils einem Ende der stabförmigen Leiter 51 bis 58 verbunden sind. Die Innenleiter können durch Abstandshalter aus Nichtleitern, beispielsweise Teflon oder Keramik, gestützt sein. Durch die Koaxialleitungen kann ein Kühlmittel, beispielsweise Luft, strömen.The coaxial line 18 . 19 . 20 . 21 Branches each to four outputs, each with one end of the rod-shaped ladder 51 to 58 are connected. The inner conductors may be supported by spacers made of non-conductors, such as Teflon or ceramic. Through the coaxial lines, a coolant, such as air, flow.

Claims (3)

Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma in einem Unterdruckbehälter mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern, wobei ein stabförmiger Leiter innerhalb eines Rohres aus isolierendem Werkstoff durch den Unterdruckbehälter geführt ist, wobei der Innendurchmesser des Rohres größer als der Durchmesser des Leiters ist, wobei das Rohr an beiden Enden durch Wände des Unterdruckbehälters gehalten und gegenüber den Wänden an seiner Außenfläche abgedichtet ist und wobei mehrere aus je einem stabförmigen Leiter und einem Rohr bestehende Vorrichtungen in dem Unterdruckbehälter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leiter an beiden Enden an Quellen zur Erzeugung der elektromagnetischen Wechselfelder angeschlossen ist, dass zur Zuführung der elektromagnetischen Wechselfelder zu den Leitern (51 bis 58) mehrerer jeweils nebeneinander liegender Rohre (41 bis 48) an jeweils einem der Enden ein Verteiler (14 bis 17) mit einem Eingang, mit sich verzweigenden Koaxialleitungen (18 bis 21) und mit Ausgängen vorgesehen ist, die jeweils mit einem der Leiter (51 bis 58) verbunden sind, und dass der Verteiler (14 bis 17) jeweils aus einem massiven Metallblock besteht, in welchem die Koaxialleitungen (18 bis 21) in Form von Kanälen mit jeweils einem Innenleiter eingebracht sind.Apparatus for generating plasma in a vacuum container by means of alternating electromagnetic fields, wherein a rod-shaped conductor is guided inside a tube of insulating material through the vacuum container, wherein the inner diameter of the tube is greater than the diameter of the conductor, wherein the tube at both ends by Held walls of the vacuum tank and sealed against the walls on its outer surface and wherein a plurality of each consisting of a rod-shaped conductor and a tube devices are disposed in the vacuum vessel, characterized in that each conductor is connected at both ends to sources for generating the alternating electromagnetic fields in that for supplying the alternating electromagnetic fields to the conductors ( 51 to 58 ) of several juxtaposed tubes ( 41 to 48 ) at each of the ends of a distributor ( 14 to 17 ) with one input, with branching coaxial lines ( 18 to 21 ) and with outputs, each with one of the conductors ( 51 to 58 ) and that the distributor ( 14 to 17 ) each consists of a solid metal block in which the coaxial lines ( 18 to 21 ) are introduced in the form of channels, each with an inner conductor. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (14 bis 17) jeweils aus einem Aluminiumblock besteht.Device according to claim 1, characterized in that the distributor ( 14 to 17 ) consists of an aluminum block. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Eingang jeweils eines Verteilers (14 bis 17) das Wechselfeld über einen Hohlleiter (8, 9) zuführbar ist.Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the input of each one distributor ( 14 to 17 ) the alternating field via a waveguide ( 8th . 9 ) can be fed.
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