Сверхвысокочастотный плазмотрон

Изобретение относится к устройствам генерации низкотемпературной плазмы, в частности к сверхвысокочастотным источникам плазмы, и предназначено для плазменной обработки различных материалов и изделий. Сверхвысокочастотный плазмотрон содержит сочлененные между собой прямоугольный и круглый волноводы, диэлектрическую камеру, поглотитель СВЧ мощности, СВЧ генератор. Между СВЧ генератором и сочленением круглого и прямоугольного волноводов вводят щелевой мост. Сочленение круглого и прямоугольного волноводов выполняют в виде волноводно-щелевого перехода. В место сочленения круглого и прямоугольного волноводов устанавливают Е-фильтр в виде регулируемого по глубине погружения вдоль оси круглого волновода полого металлического штыря. Изобретение обеспечивает равномерное горение разряда по сечению разрядной камеры и защищает генератор от отраженной волны. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам генерации низкотемпературной плазмы, а точнее к сверхвысокочастотным источникам плазмы, и может быть использовано для плазменной обработки различных материалов и изделий.

Известен СВЧ плазмотрон (см. авт. св. СССР №. 868845 за 1981 г., Н 05 Н 1/26, Н 05 В 7/18), состоящий из резонатора с установленной в нем коаксиально диэлектрической разрядной камерой, поглотителя СВЧ мощности и волноводного тракта для подсоединения к СВЧ генератору.

Недостатком такого плазмотрона является неравномерность горения разряда по сечению диэлектрической камеры и незащищенность генератора СВЧ от отраженной волны.

Наиболее близким по технической сущности является СВЧ плазмотрон (см. патент США №4.101.411 по классу 204-298 за 1978 г.), состоящий из сочлененных между собой прямоугольного и круглого волноводов, диэлектрической разрядной камеры.

Недостатком такой конструкции является отсутствие защиты СВЧ генератора от отраженной волны и неравномерное горение разряда по сечению разрядной камеры.

Целью изобретения является обеспечение равномерного горения разряда но сечению разрядной камеры и защита генератора от отраженной волны.

Поставленная цель достигается тем, что известный СВЧ плазмотрон между генератором СВЧ и сочленением круглого и прямоугольного волноводов вводят щелевой мост, а сочленение круглого и прямоугольного волноводов выполняют в виде волноводно-щелевого перехода. Для подавления колебаний Е-типа служит Е-фильтр.

На фиг.1 и 2 изображен общий вид предложенного СВЧ плазмотрона.

Сверхвысокочастотный плазмотрон состоит из щелевого моста 1, поглотителя СВЧ мощности 2, волноводно-щелевого перехода 3, Е-фильтра 4, круглого волновода 5 с диэлектрической разрядной камерой 6, вакуумно-плотного фланца 7, электромагнита постоянного тока 8 и штуцера для подачи газа 9.

Плазмотрон работает следующим образом. Щелевой мост 1, который имеет связь по узкой стенке прямоугольного волновода, преобразует волну типа Н₁₀ от СВЧ генератора, присоединенного к входному плечу щелевого моста, в две волны типа Н₁₀ с одинаковыми амплитудами, но сдвинутыми по фазе друг относительно друга на 90°. Эти две волны поступают в плечи сдвоенного по узкой стенке волноводно-щелевого перехода 3, где посредством щелей 10 и 11, прорезанных в широких стенках прямоугольных волноводов, возбуждают в круглом волноводе электромагнитные волны одинаковой амплитуды, но сдвинутые по фазе на 90°, что дает круговую поляризованную волну Н₁₁. Таким образом, щелевой мост 1 совместно с волноводно-щелевым переходом 3 преобразуют линейно-поляризованные входные волны в волны двух ортогональных круговых поляризаций. Круговая поляризация волны Н₁₁ обеспечивает равномерное по сечению диэлектрической разрядной камеры горение СВЧ газового разряда.

Электромагнит постоянного тока 8 создает на оси круглого волновода 5 однородную индукцию магнитного поля, намагничивая плазму в продольном направлении.

Газ вводится в диэлектрическую разрядную камеру 6 (после ее вакуумирования до давления порядка 5·10^-4 Па) через штуцер 9.

Генерация и стабильное поддержание СВЧ-газового разряда осуществляется в условиях ЭЦР (электронно-циклотронного резонанса).

Для подавления сопутствующей E₀₁-волны низшего типа служит Е-фильтр 4, выполненный в виде регулируемого по глубине погружения вдоль оси круглого волновода полого штыря. Отраженная от плазменного разряда, горящего в диэлектрической разрядной камере 6, и от щелей 10 и 11, электромагнитная волна ответвляется через одно из плеч щелевого моста 1 в поглотитель СВЧ мощности 2.

Применение волноводного щелевого моста позволяет осуществить деление СВЧ мощности и квадратурный фазовый сдвиг для последующего возбуждения в круглом волноводе электромагнитной волны круговой поляризации.

Волноводно-щелевой мост с Е-фильтром служит развязывающим устройством и защищают СВЧ генератор от отраженной волны.

Сверхвысокочастотный плазмотрон является составной частью полуавтоматической установки прецизионного СВЧ-плазмохимического травления многослойных пленочных структур на диэлектрических подложках.

В качестве источника СВЧ энергии применяется магнетрон типа М-105 с выходной мощностью до 630 Вт и рабочей частотой в диапазоне от 2400 до 2500 МГц.

1. Сверхвысокочастотный плазмотрон, содержащий сочлененные между собой прямоугольный и круглый волноводы, диэлектрическую разрядную камеру, поглотитель СВЧ мощности, СВЧ генератор, отличающийся тем, что между СВЧ генератором и сочленением круглого и прямоугольного волноводов вводят щелевой мост, а сочленение круглого и прямоугольного волноводов выполняют в виде волноводно-щелевого перехода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в место сочленения круглого и прямоугольного волноводов устанавливают Е-фильтр в виде регулируемого по глубине погружения вдоль оси круглого волновода полого металлического штыря.