RU2225684C2 - Microwave plasma-chemical reactor - Google Patents
Microwave plasma-chemical reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2225684C2 RU2225684C2 RU2000105479/06A RU2000105479A RU2225684C2 RU 2225684 C2 RU2225684 C2 RU 2225684C2 RU 2000105479/06 A RU2000105479/06 A RU 2000105479/06A RU 2000105479 A RU2000105479 A RU 2000105479A RU 2225684 C2 RU2225684 C2 RU 2225684C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge chamber
- microwave energy
- microwave
- metal
- end plate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение отностися к микроволновым (СВЧ) плазменным реакторам с увеличенным объемом плазмы. The invention relates to microwave (microwave) plasma reactors with increased plasma volume.
Предлагаемое устройство предназначено для осаждения на подложки из различных материалов слоев различных покрытий, в том числе слоя алмаза, и может быть использовано при производстве приборов электронной техники, инструмента для обработки материалов и в других областях. The proposed device is intended for deposition on substrates of various materials layers of various coatings, including a diamond layer, and can be used in the manufacture of electronic devices, tools for processing materials and in other areas.
СВЧ-плазма широко используется для обработки поверхностей и осаждения пленок. Разряд поддерживается в рабочем газе пониженного давления (менее 100 мм рт. ст. ), так как только в этом случае удается осуществить диффузный (относительно равномерный по объему) разряд благодаря сравнительно малому удельному энерговкладу, требуемому в этом случае для его поддержания. Из-за малого количества рабочего вещества процесс технологической обработки и осаждения очень длителен, что сдерживает его широкое промышленное использование. Необходимость повышения производительности оборудования требует увеличения давления рабочего газа и вкладываемой в разряд СВЧ-мощности. Microwave plasma is widely used for surface treatment and film deposition. The discharge is maintained in a reduced pressure working gas (less than 100 mmHg), since only in this case it is possible to carry out a diffuse (relatively uniform in volume) discharge due to the relatively small specific energy input required in this case to maintain it. Due to the small amount of working substance, the process of technological processing and deposition is very long, which inhibits its wide industrial use. The need to increase the productivity of equipment requires an increase in the working gas pressure and the microwave power invested in the discharge.
При этом возникают две проблемы: разрушение диэлектрического окна, разделяющего собственно реактор, где поддерживается разряд, и систему подвода СВЧ-энергии к реактору; распад разряда на отдельные зоны (обычно в виде тонких плазменных каналов). In this case, two problems arise: the destruction of the dielectric window separating the reactor itself, where the discharge is supported, and the system for supplying microwave energy to the reactor; disintegration of the discharge into separate zones (usually in the form of thin plasma channels).
Первая проблема связана с тепловым и ультрафиолетовым воздействиями на поверхность диэлектрического окна со стороны плазмы, которые существенно возрастают с увеличением давления газа в реакторе и подводимой СВЧ-мощности, и ведут к разрушению окна. Эта проблема решается удалением окна из зоны прямого воздействия на него излучений из плазмы [1], или за счет значительного снижения плотности потока СВЧ-энергии в области окна [2]. The first problem is related to the thermal and ultraviolet effects on the surface of the dielectric window from the side of the plasma, which significantly increase with increasing gas pressure in the reactor and the supplied microwave power, and lead to the destruction of the window. This problem is solved by removing the window from the zone of direct exposure to radiation from the plasma [1], or by significantly reducing the microwave energy flux density in the window region [2].
Однако указанные выше устройства обеспечивают получение диффузного разряда только при пониженном давлении газа и в ограниченном объеме, характерный масштаб которого определяется длиной используемой электромагнитной волны. However, the above devices provide a diffuse discharge only at reduced gas pressure and in a limited volume, the characteristic scale of which is determined by the length of the used electromagnetic wave.
При увеличении давления газа и соответствующем повышении удельного энерговклада в разряде проявляются различного рода неустойчивости, нарушающие его диффузную форму. Основным видом неустойчивости является ионизационно-перегревная, которая вызывается возрастанием частоты ионизационных столкновений в газе в местах локального перегрева. Это ведет к росту электропроводности газа и энерговклада и дальнейшему локальному перегреву. В результате разряд распадается на отдельные каналы вдоль силовых линий электрического поля. With an increase in gas pressure and a corresponding increase in the specific energy input, various types of instabilities appear in the discharge, which violate its diffuse shape. The main type of instability is ionization-overheating, which is caused by an increase in the frequency of ionization collisions in a gas in places of local overheating. This leads to an increase in the electrical conductivity of the gas and the energy input and further local overheating. As a result, the discharge decays into separate channels along the electric field lines.
Преодолеть такое поведение разряда удается поддержанием СВЧ-разряда при величине напряженности электрического поля, значительно меньшей его пробойной величины, и при условии рециркуляции газа в зоне разряда [3, 4]. В этом случае ионизованный поток газа, выходя из зоны основного СВЧ-энерговклада, вновь возвращается в нее, сохранив степень ионизации, определяющую электропроводность, достаточную для необходимого СВЧ-энерговклада. В результате, разряд поддерживается не в режиме электрического пробоя, как в случае устройств [1, 2] , а в режиме несамостоятельного (фактически с предварительной ионизацией) разряда и существует при напряженности электрического поля, значительно меньшей пробойного значения. It is possible to overcome this discharge behavior by maintaining a microwave discharge when the electric field strength is much lower than its breakdown value and subject to gas recirculation in the discharge zone [3, 4]. In this case, the ionized gas stream, leaving the zone of the main microwave energy input, returns to it again, preserving the degree of ionization, which determines the conductivity sufficient for the required microwave energy input. As a result, the discharge is maintained not in the mode of electric breakdown, as in the case of devices [1, 2], but in the mode of non-self-sustained (actually with preliminary ionization) discharge and exists when the electric field strength is much lower than the breakdown value.
При этом, используя СВЧ-электромагнитную волну, имеющую на границе разряда нормальную к ней напряженность электрического поля, удается избежать проявления ионизационно-перегревной неустойчивости и сохранить диффузный характер разряда, так как при локальном увеличении электропроводности напряженность электрического поля в этой области будет уменьшаться. В результате удается получить диффузный СВЧ-разряд при давлении газа, близком и превышающем атмосферное. In this case, using a microwave electromagnetic wave that has an electric field strength normal to it at the discharge boundary, it is possible to avoid the manifestation of ionization-overheating instability and maintain the diffuse nature of the discharge, since with a local increase in electrical conductivity, the electric field strength in this region will decrease. As a result, it is possible to obtain a diffuse microwave discharge at a gas pressure close to and above atmospheric.
Прототипом предлагаемого нами устройства, реализующего описанный выше способ получения плазменного объема СВЧ-разряда при высоком давлении газа, является устройство [5], представляющее собой металлическую цилиндрическую камеру высотой, равной λ/2 (λ - длина электромагнитной волны, используемой для получения и поддержания разряда), с торцевыми днищами, к боковой поверхности камеры подсоединены не менее двух прямоугольных волноводов, широкие стенки которых расположены параллельно оси камеры, а формирователь ввода закрученного потока газа расположен у одного из днищ. В одном из днищ на радиусе r= (0,6-0,8)Rк, где Rк - радиус камеры, выполнены отверстия для выхода газа.The prototype of our device that implements the above method for producing a plasma volume of a microwave discharge at high gas pressure is a device [5], which is a metal cylindrical chamber with a height equal to λ / 2 (λ is the length of the electromagnetic wave used to obtain and maintain the discharge ), with end bottoms, at least two rectangular waveguides are connected to the side surface of the chamber, the wide walls of which are parallel to the axis of the chamber, and the gas immersion swirl Located in one of the bottoms. In one of the bottoms at a radius of r = (0.6-0.8) R k , where R k is the radius of the chamber, openings for gas exit are made.
Недостатком этого устройства является расположение окон ввода СВЧ-энергии непосредственно в боковой стенке разрядной камеры, что создает возможность разрушения диэлектрических окон под действием излучений плазмы и инициированного этим излучением электрического пробоя на поверхности окон, что ограничивает уровень вводимой в разряд СВЧ-мощности. The disadvantage of this device is the location of the input windows of microwave energy directly in the side wall of the discharge chamber, which creates the possibility of destruction of dielectric windows under the influence of plasma radiation and the electrical breakdown initiated by this radiation on the surface of the windows, which limits the level of microwave power introduced into the discharge.
Целью предлагаемого изобретения является устранение описанного недостатка, а именно повышение надежности устройства, увеличение вкладываемой СВЧ-мощности, и тем самым повышение производительности. The aim of the invention is to eliminate the described drawback, namely increasing the reliability of the device, increasing the input microwave power, and thereby increasing productivity.
Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве применена принципиально новая конструкция узла ввода СВЧ-энергии в разрядную камеру. Узел ввода СВЧ-энергии в разрядную камеру. Узел ввода СВЧ-энергии в разрядную камеру подсоединен к верхнему днищу разрядной камеры и выполнен в виде двух коаксиальных металлических труб, внешняя из которых соединена с боковой стенкой разрядной камеры, имеющей диаметр значительно превышающий диаметр внешней трубы узла ввода СВЧ-энергии с помощью переходного узла, состоящего из металлического тела и металлического кожуха, при этом металлическое тело расположено вокруг внутренней трубы узла ввода СВЧ-энергии и имеет форму усеченного конуса, большое основание которого является частью верхнего днища разрядной камеры, а металлический кожух расположен вокруг металлического тела коаксиально ему, а в зазоре между кожухом и телом установлено в плоскости верхнего днища разрядной камеры диэлектрическое кольцо, а во внутреннем отверстии тела установлено второе диэлектрическое кольцо, в которое входит с возможностью осевого перемещения внутренняя труба узла ввода СВЧ-энергии, в стенке внешней трубы узла ввода СВЧ-энергии выполнены два или четыре окна, к которым подсоединены прямоугольные волноводы, широкие стенки которых параллельны оси трубы, а к верхнему днищу узла ввода СВЧ-энергии подсоединен коаксиально-волноводный переход таким образом, что его центральный проводник соединен плавным переходом с торцом внутренней трубы узла ввода СВЧ-энергии, при этом центральный проводник изолирован от корпуса коаксиально-волноводного перехода, а внешний проводник - кожух - подсоединен к верхнему днищу узла ввода СВЧ-энергии, вокруг отверстия в верхнем днище между ним и внутренней трубой узла ввода СВЧ-энергии установлен диэлектрический цилиндр, внутри внутренней трубы расположен элемент СВЧ-настройки, выполненный, например, в виде подвижного закорачивающего поршня, на нижнем днище разрядной камеры установлена платформа для размещения обрабатываемой детали с возможностью перемещения относительно днища, в боковой стенке разрядной камеры у ее нижнего днища расположены тангенциально к боковой стенке сопла для ввода рабочего газа, а у края внутренней трубы узла ввода СВЧ-энергии со стороны разрядной камеры на внутренней стенке внутренней трубы расположен формирователь дополнительного вихревого газового потока в разрядной камере, выполненный в виде сопел завихрителя, расположенного в зазоре между стенкой внутренней трубы и элементом СВЧ-настройки, к которому подсоединено металлическое тело конусной формы, вершина которого направлена вдоль оси трубы наружу и выходит из внутренней трубы на расстояние, равное 1-2 величины радиуса внутренней трубы: а сопла ввода рабочего газа, расположенные в боковой стенке разрядной камеры могут быть заключены внутри полости, образованной нижним днищем разрядной камеры, и металлическим или диэлектрическим цилиндром, соосным с разрядной камерой и образующим между своей внешней поверхностью и стенкой разрядной камеры зазор, размер которого равен 1-5 величины диаметра выходного отверстия сопел, при этом отверстие этой полости расположено вблизи плоскости нижнего рабочего положения платформы, на которой размещена обрабатываемая деталь. This goal is achieved by the fact that in the proposed device, a fundamentally new design of the node for inputting microwave energy into the discharge chamber is used. The site of input of microwave energy into the discharge chamber. The node for introducing microwave energy into the discharge chamber is connected to the upper bottom of the discharge chamber and is made in the form of two coaxial metal pipes, the outer one of which is connected to the side wall of the discharge chamber, having a diameter significantly larger than the diameter of the outer pipe of the microwave energy input node using a transition unit, consisting of a metal body and a metal casing, while the metal body is located around the inner tube of the microwave energy input unit and has the shape of a truncated cone, the large base of which is the upper bottom of the discharge chamber, and the metal casing is located around the metal body coaxially with it, and in the gap between the casing and the body, a dielectric ring is installed in the plane of the upper bottom of the discharge chamber, and a second dielectric ring is installed in the inner hole of the body, into which it can axially move the inner tube of the microwave energy input unit, two or four windows are made in the wall of the external pipe of the microwave energy input unit, to which rectangular waveguides are connected, wide walls of which They are parallel to the pipe axis, and a coaxial waveguide transition is connected to the upper bottom of the microwave energy input unit so that its central conductor is connected smoothly to the end of the inner pipe of the microwave energy input unit, while the central conductor is isolated from the housing of the coaxial waveguide transition and the external conductor - the casing - is connected to the upper bottom of the microwave energy input unit, a dielectric cylinder is installed around the hole in the upper bottom between it and the internal pipe of the microwave energy input unit, inside a microwave adjustment element is located in it, made, for example, in the form of a moving shorting piston, a platform is installed on the lower bottom of the discharge chamber to accommodate the workpiece with the ability to move relative to the bottom, tangentially to the side wall of the nozzle are located in the side wall of the discharge chamber at its lower bottom for introducing the working gas, and at the edge of the inner tube of the microwave energy input unit from the side of the discharge chamber, an additional vortex shaper is located on the inner wall of the inner tube gas flow in the discharge chamber, made in the form of swirl nozzles located in the gap between the wall of the inner pipe and the microwave tuning element, to which a metal cone-shaped body is connected, the apex of which is directed outward along the pipe axis and leaves the inner pipe by a distance equal to 1-2 values of the radius of the inner pipe: and the working gas inlet nozzles located in the side wall of the discharge chamber can be enclosed inside the cavity formed by the lower bottom of the discharge chamber, and metal or die an electric cylinder coaxial with the discharge chamber and forming a gap between its outer surface and the wall of the discharge chamber, the size of which is 1-5 the diameter of the nozzle outlet, and the hole of this cavity is located near the plane of the lower working position of the platform on which the workpiece is placed.
На фиг.1а, 1б изображена предлагаемая конструкция устройства. On figa, 1b shows the proposed design of the device.
На фиг.2 изображены картины электрического поля для волн типа Н21 и Н11 в поперечном сечении разрядной камеры.Figure 2 shows the electric field pattern for waves of type H 21 and H 11 in the cross section of the discharge chamber.
На фиг.3 изображена картина электрического поля для волн типа E01.Figure 3 shows a picture of the electric field for waves of type E 01 .
На фиг. 4 показана схема соединения источников СВЧ-энергии к СВЧ-плазмохимическому реактору. In FIG. 4 shows a connection diagram of microwave energy sources to a microwave plasma-chemical reactor.
Предлагаемое устройство, показанное на фиг.1а, 1б, состоит из цилиндрической разрядной камеры 1, на днище 2 которой расположена платформа 3 для установки обрабатываемой в плазме детали, и узла ввода СВЧ-энергии 4, присоединенного к разрядной камере 1 через ее верхний торец. Узел ввода СВЧ-энергии 4 имеет внешнюю цилиндрическую металлическую трубу 5, в стенке которой установлены два (со смещением вокруг оси на 180o) или четыре (со смещением вокруг оси на 90o) герметичных окна 6, к которым присоединены прямоугольные волноводы 7, так что их широкие стенки параллельны оси трубы 5. К этим волноводам подсоединяются генераторы СВЧ-энергии.The proposed device, shown in figa, 1b, consists of a
Внутри внешней трубы 5 коаксиально расположена внутренняя металлическая труба 8 с возможностью осевого перемещения. Внутри трубы 8 размещен подвижный закорачивающий поршень 9. Inside the
В боковой стенке разрядной камеры 1 у ее днища расположены тангенциальные к боковой стенке сопла 10 для подачи в разрядную камеру газовой смеси, а в нижнем днище разрядной камеры 1 выполнены отверстия 11 для выхода газовой смеси. In the side wall of the
Верхнее днище 12 узла ввода СВЧ-энергии 4 выполнено с возможностью осевого перемещения. Между верхним днищем 12 и внутренней трубой 8 установлен диэлектрический цилиндр 13. The upper bottom 12 of the input node of the microwave energy 4 is made with the possibility of axial movement. Between the upper bottom 12 and the
В боковой стенке разрядной камеры установлен на герметичном сильфоне подвижный штыревой электрод 14 для инициации разряда. In the lateral wall of the discharge chamber, a movable pin electrode 14 is mounted on an airtight bellows to initiate a discharge.
Между узлом ввода СВЧ-энергии 4 и разрядной камерой 1 введен переходный узел 15, расположенный вокруг трубы 8 узла ввода СВЧ-энергии. Between the microwave energy input unit 4 and the
В состав переходного узла 15 входит металлическое коническое тело 16 и конический металлический кожух 17, соединяющий внешнею трубу 5 узла ввода СВЧ-энергии 4 со стенкой разрядной камеры 1. Зазор между кожухом 17 и коническим телом 16 примерно равен разности радиусов внешней 5 и внутренней 8 труб узла ввода СВЧ-энергии. В этом зазоре в плоскости верхнего днища разрядной камеры установлено диэлектрическое кольцо 16. Во внутреннем отверстии конического тела 16 установлено второе диэлектрическое кольцо 19, в которое входит с возможностью осевого перемещения внутренняя труба 8 узла ввода СВЧ-энергии. The transition assembly 15 includes a metal
Коаксиально-волноводный переход 20 подсоединен к верхнему днищу узла ввода СВЧ-энергии 12, его центральный проводник 21 соединен плавным переходом 22 с торцом внутренней трубы 8, а внешний проводник - кожух 23 - к верхнему днищу вокруг отверстия, в котором установлен диэлектрический цилиндр 13. Центральный проводник 21 изолирован от корпуса коаксиально-волноводного перехода с помощью зазора между ним и корпусом, в корпусе коаксиально-волноводного перехода имеется дроссельный элемент 24, препятствующий СВЧ-излучению наружу и вдоль центрального проводника. The
Формирователь 25 дополнительного вихревого газового потока в разрядной камере расположен внутри внутренней трубы. Он может быть выполнен в виде сопел в стенке внутренней трубы, аналогично соплам в боковой стенке разрядной камеры или в виде завихрителя газа, подаваемого по внутренней трубе, располагаемого в зазоре между стенкой трубы 8 и подвижным закорачивающим поршнем 9, в этом случае завихритель представляет собой два соосных цилиндра, в зазоре между которыми размещены наклонные лопатки. Shaper 25 additional vortex gas flow in the discharge chamber is located inside the inner pipe. It can be made in the form of nozzles in the wall of the inner pipe, similarly to nozzles in the side wall of the discharge chamber or in the form of a swirl of gas supplied through the inner pipe located in the gap between the wall of the
К подвижному закорачивающему поршню 9 подсоединено металлическое тело 26 конусной формы, вершина которого направлена вдоль оси трубы наружу и выходит из внутренней трубы 8 на расстояние 1-2 радиуса внутренней трубы, что позволяет уменьшить концентрацию силовых линий электрического поля на краях трубы. A conical
Сопла ввода рабочего газа, расположенные в боковой стенке разрядной камеры, заключены в полость 27, образованную днищем разрядной камеры и металлическим или диэлектрическим цилиндром 28, соосным с разрядной камерой и образующим между своей внешней поверхностью и стенкой разрядной камеры зазор, размер которого равен 1-5 величины диаметра выходного отверстия сопел, при этом отверстие этой полости расположено вблизи плоскости нижнего рабочего положения платформы 3, на которой располагается обрабатываемая деталь. The working gas inlet nozzles located in the side wall of the discharge chamber are enclosed in a cavity 27 formed by the bottom of the discharge chamber and a metal or dielectric cylinder 28 coaxial with the discharge chamber and forming a gap between its outer surface and the wall of the discharge chamber, the size of which is 1-5 the diameter of the nozzle outlet, the hole of this cavity being located near the plane of the lower working position of the
Предлагаемое устройство работает следующим образом. СВЧ-энергия вводится в СВЧ-плазмохимический реактор через два противостоящих друг другу волновода 7. При сдвиге фаз электромагнитных волн на входе в устройство ввода СВЧ-энергии 4 на 180o в разрядной камере 1 возбуждается электромагнитная волна Н21 или более высокого порядка, если это позволяет соотношение длины волны и размеров труб 5 и 8.The proposed device operates as follows. Microwave energy is introduced into the microwave plasma-chemical reactor through two
Картина электрического поля для волны Н21 в поперечном сечении разрядной камеры 1 показана на фиг.2. Электрическое поле этой волны расположено на периферии разрядной камеры, поэтому СВЧ-энергия, переносимая этой волной, будет выделяться на периферии формирующегося в разрядной камере плазменного образования. При этом вращающееся вокруг оси плазменное образование будет попеременно подвергаться воздействию то азимутальной, то радиальной составляющей электрического поля, что способствует формированию диффузного вида разряда (без образования отдельных нитевидных каналов).The picture of the electric field for the wave H 21 in the cross section of the
При синфазном подводе СВЧ-энергии к волноводам 7 в разрядной камере будет возбуждаться волна типа Н11, электрическое поле которой заполняет и приосевую зону разрядной камеры.When in-phase supply of microwave energy to the
При вводе СВЧ-энергии в СВЧ-плазмохимический реактор попеременно импульсами, синфазными и противофазными на входе в реактор, осуществляется возможность управления энерговкладом по всему сечению плазменного образования. При вводе СВЧ-энергии в реактор через коаксиально-волноводный переход 20 в разрядной камере 1 возбуждается азимутально-симметричная электрическая волна типа Е01, картина поля которой показана на фиг.3.When microwave energy is introduced into the microwave plasma-chemical reactor alternately by pulses in-phase and antiphase at the inlet of the reactor, it is possible to control the energy input over the entire cross section of the plasma formation. When microwave energy is introduced into the reactor through a
Силовые линии электрического поля этой волны сконцентрированы в приосевой зоне разрядной камеры 1 и перпендикулярны силовым линиям электрического поля волн типа Н, поэтому использование этого ввода СВЧ-энергии способствует и формированию диффузного вида СВЧ-разряда и улучшению равномерности энерговклада по сечению плазменного образования. The lines of force of the electric field of this wave are concentrated in the axial zone of the
Используя описанные режимы энерговвода в СВЧ-плазмохимический реактор можно увеличить среднюю величину вкладываемой в разряд СВЧ-мощности без увеличения импульсных значений, могущих вызвать нарушение стабильного режима горения разряда. Using the described modes of energy input into the microwave plasma-chemical reactor, it is possible to increase the average value of the microwave power deposited in the discharge without increasing the pulse values that can cause a violation of the stable mode of discharge burning.
Расположение во внутренней трубе выступающего из нее металлического конусного тела 26 приводит к снижению напряженности электрического поля на краях внутренней трубы и тем самым препятствует возникновению пробоев между краями трубы и плазмой. The location in the inner tube of the protruding metal
Рабочая газовая смесь вдувается в разрядную камеру через тангенциальные сопла 10. Расположение этих сопел внутри полости способствует лучшему смешению отдельных струй и улучшению азимутальной равномерности вихревого потока внутри разрядной камеры. Этот газовый поток обтекает стенку разрядной камеры, ее верхнее днище и образует в приосевой зоне рециркулирующий поток, в котором и формируется плазменное образование. The working gas mixture is blown into the discharge chamber through tangential nozzles 10. The location of these nozzles inside the cavity facilitates better mixing of individual jets and improves the azimuthal uniformity of the vortex flow inside the discharge chamber. This gas stream flows around the wall of the discharge chamber, its upper bottom and forms a recycle stream in the axial zone, in which the plasma formation is formed.
Через формирователь 25, расположенный внутри внутренней трубы 8 вдувается дополнительный вихревой поток, который компенсирует потерю вращательного момента основного потока. An additional vortex stream is blown through the former 25 located inside the
Рабочий газ вытекает из разрядной камеры через выходные отверстия 11. The working gas flows from the discharge chamber through the outlet openings 11.
Разряд поджигается путем ввода в центр зоны рециркуляции специального металлического штыревого электрода 14, инициирующего электрический пробой. The discharge is ignited by introducing into the center of the recirculation zone a special metal pin electrode 14 initiating an electrical breakdown.
После поджига разряда плазма заполняет зону рециркуляции, изолируясь от боковой стенки разрядной камеры 1 и верхнего днища разрядной камеры, образованного диэлектрическими кольцами 18, 19 и металлическим коническим телом 16, вихревым потоком газа. After ignition of the discharge, the plasma fills the recirculation zone, isolating itself from the side wall of the
Приведем пример реализации конструкции предлагаемого устройства и режимов его работы при использовании трех источников СВЧ-энергии импульсного режима. Here is an example of the implementation of the design of the proposed device and its operating modes when using three sources of microwave energy pulsed mode.
В качестве источников СВЧ-энергии могут быть использованы выпускаемые промышленностью источники энергии с импульсной мощностью 10 кВт на частоте 2450 МГц при средней мощности до 5 кВт. As sources of microwave energy can be used industry-produced energy sources with a pulse power of 10 kW at a frequency of 2450 MHz with an average power of up to 5 kW.
Схема подсоединения источников СВЧ-энергии к СВЧ-плазмо-химическому реактору показана на фиг. 4. Источники 29 и 30 подсоединены к развязанным плечам двойного волноводного моста 31, выходные плечи которого симметрично подсоединены к противостоящим друг другу прямоугольным волноводам узла ввода СВЧ-энергии. A connection diagram of microwave energy sources to a microwave plasma-chemical reactor is shown in FIG. 4.
К коаксиально-волноводному переходу 20 узла ввода СВЧ-энергии подсоединен источник 32. A
СВЧ-энергия от источника 30, подсоединенного к плечу волноводного моста 32 в плоскости Н, подходит к узлу ввода СВЧ-энергии синфазно на каждом входе 7 и вводится в разрядную камеру 1 на волне Н11.Microwave energy from a
СВЧ-энергия от источника 29, подсоединенного к плечу волноводного моста 31 в плоскости Е, подходит к узлу ввода СВЧ-энергии противофазно на входах 7 и вводится в разрядную камеру 1 на волне Н21.Microwave energy from a
СВЧ-энергия от источника 32 вводится в разрядную камеру 1 на азимутально-электрической волне типа Е01.Microwave energy from
СВЧ-импульсы от каждого из источников СВЧ-энергии вводятся в СВЧ-плазмохимический реактор одновременно или со сдвигом относительно друг друга во времени. Характерная длительность СВЧ-импульсов τ=(10-100) 10-6 с при длительности паузы Т=(1-5)τ.
Давление газа в реакторе гложет изменяться от 0,5 атм до 5 атм при сохранении устойчивого диффузного плазменного образования над платформой 3 с обрабатываемой деталью.Microwave pulses from each of the sources of microwave energy are introduced into the microwave plasma-chemical reactor simultaneously or with a shift relative to each other in time. The characteristic duration of microwave pulses is τ = (10-100) 10 -6 s with a pause duration of T = (1-5) τ.
The gas pressure in the reactor can vary from 0.5 atm to 5 atm while maintaining a stable diffuse plasma formation above
Предлагаемое устройство имеет следующие основные преимущества в сравнении с прототипом:
1. Увеличение вкладываемой в разряд СВЧ-мощности.The proposed device has the following main advantages in comparison with the prototype:
1. An increase in the microwave power invested in the discharge.
2. Увеличение рабочего давления в разрядной камере. 2. The increase in working pressure in the discharge chamber.
3. Дальнейшее увеличение диаметра разрядной камеры и соответственно диаметра обрабатываемой детали. 3. A further increase in the diameter of the discharge chamber and, accordingly, the diameter of the workpiece.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить дальнейшее увеличение производительности технологического процесса осаждения покрытий на подложки. Thus, the proposed device allows for a further increase in the productivity of the technological process of deposition of coatings on substrates.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент США 5501740 (заявка 219208, 29.03.1994).LITERATURE
1. US patent 5501740 (application 219208, 03/29/1994).
2. Патент Германии 19507077 от 25.04.1996. 2. German patent 19507077 from 04.25.1996.
3. Баженин В. М., Климовский И.И., Лысов Г.В., Троицкий З.Н. СВЧ-генераторы плазмы. Физика, техника, применение. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 162-164. 3. Bazhenin V. M., Klimovsky II, Lysov G.V., Troitsky Z.N. Microwave plasma generators. Physics, technology, application. - M .: Energoatomizdat, 1988, p. 162-164.
4. Низкотемпературная плазма. Том 6, ВЧ- и СВЧ-плазмотроны. - Новосибирск: Наука, 1992, с. 185-189. 4. Low temperature plasma.
5. Патент РФ 1602376. 5. RF patent 1602376.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000105479/06A RU2225684C2 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Microwave plasma-chemical reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000105479/06A RU2225684C2 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Microwave plasma-chemical reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000105479A RU2000105479A (en) | 2002-01-27 |
| RU2225684C2 true RU2225684C2 (en) | 2004-03-10 |
Family
ID=32389938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000105479/06A RU2225684C2 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Microwave plasma-chemical reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2225684C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1801845A1 (en) | 2005-12-23 | 2007-06-27 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiyu "TVINN" | Plasmachemical microwave reactor |
| RU2677323C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" | Plasma air activator |
-
2000
- 2000-03-06 RU RU2000105479/06A patent/RU2225684C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1801845A1 (en) | 2005-12-23 | 2007-06-27 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiyu "TVINN" | Plasmachemical microwave reactor |
| RU2677323C1 (en) * | 2018-02-26 | 2019-01-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ПлазЭйр" | Plasma air activator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5418430A (en) | Plasma generator with field-enhancing electrodes | |
| KR100189311B1 (en) | Microwave plasma torch and method for generating plasma | |
| US3401302A (en) | Induction plasma generator including cooling means, gas flow means, and operating means therefor | |
| JP4339588B2 (en) | Apparatus for processing gases using plasma | |
| CA2221624C (en) | Microwave-driven plasma spraying apparatus and method for spraying | |
| US5824605A (en) | Gas dispersion window for plasma apparatus and method of use thereof | |
| EP0427194A2 (en) | Multiple torch type plasma generation device and method of generating plasma using the same | |
| JP2005235755A (en) | Microwave feeder, plasma processing apparatus using it, and plasma processing method | |
| JP2004055614A (en) | Plasma processing apparatus | |
| JP4124383B2 (en) | Shower plate for microwave excited plasma device and microwave excited plasma device | |
| KR20140046481A (en) | High efficiency plasma source | |
| RU2225684C2 (en) | Microwave plasma-chemical reactor | |
| CN114205985A (en) | Small-beam-diameter helicon wave plasma generating device and generating method | |
| JP2527150B2 (en) | Microwave thermal plasma torch | |
| US5095189A (en) | Method for reducing plasma constriction by intermediate injection of hydrogen in RF plasma gun | |
| RU2149521C1 (en) | Shf plasma-chemical reactor | |
| US20070189918A1 (en) | Device and method for generating excited and/or ionized particles in a plasma | |
| JPH08236293A (en) | Microwave plasma torch and plasma generating method | |
| US7288485B2 (en) | Device and method for anisotropic plasma etching of a substrate, particularly a silicon element | |
| JPH03211284A (en) | Multistage thermal plasma reaction apparatus | |
| US7665416B2 (en) | Apparatus for generating excited and/or ionized particles in a plasma and a method for generating ionized particles | |
| US3546522A (en) | Induction plasma generator with gas sheath forming chamber | |
| RU2153781C1 (en) | Microwave plasma generator | |
| US11956882B2 (en) | High-power plasma torch with dielectric resonator | |
| JPS6328874A (en) | Reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110307 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130827 |
|
| RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20131118 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20140220 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180307 |