一种等离子气体的温度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种等离子气体的温度测量装置，包括：真空腔室、光纤温度传感器、石英管、环形器、光谱仪、宽带光源和计算机；所述石英管的一端插入所述真空腔室中；所述光纤温度传感器位于所述真空腔室的等离子气体中，并固定于所述石英管上；所述光纤温度传感器通过一穿过所述石英管的光纤与所述环形器连接；所述环形器通过光纤分别与所述宽带光源和所述光谱仪连接；所述光谱仪与所述计算机电连接；所述计算机用于读取和记录所述光谱仪采集的光谱。本发明专利技术提供的等离子气体的温度测量装置，能够利用测得的中性气体温度来表征甚高频大面积容性耦合等离子体中的电磁效应，且具有响应快和检测准确的特点。

A temperature measuring device for plasma gas

The invention discloses a temperature measuring device of plasma gas, which comprises a vacuum chamber, an optical fiber temperature sensor, a quartz tube, a circulator, a spectrometer, a broadband light source and a computer; one end of the quartz tube is inserted into the vacuum chamber; the optical fiber temperature sensor is located in the plasma gas of the vacuum chamber and fixed on the quartz tube; the optical fiber The temperature sensor is connected with the circulator through an optical fiber passing through the quartz tube; the circulator is respectively connected with the broadband light source and the spectrometer through the optical fiber; the spectrometer is electrically connected with the computer; the computer is used for reading and recording the spectrum collected by the spectrometer. The temperature measuring device of the plasma gas provided by the invention can use the measured neutral gas temperature to characterize the electromagnetic effect in the VHF large area capacitive coupling plasma, and has the characteristics of fast response and accurate detection.

【技术实现步骤摘要】
一种等离子气体的温度测量装置
本专利技术涉及等离子气体检测
，特别是涉及一种等离子气体的温度测量装置。
技术介绍
低气压射频容性耦合等离子体源由于其具有结构简单、均匀性好等一系列优点，已经被广泛应用于介质刻蚀、薄膜沉积等材料处理领域。该等离子体成分复杂，主要由中性气体分子(原子)、电子、离子、活性基团构成，其中中性气体分子(原子)占比超过99％，其温度对于对等离子体中的各项参数具有重要影响，进而大大影响材料处理的过程。例如，中性气体温度的分布会严重影响等离子体密度和流量的分布，进而影响处理材料的均匀性；中性气体温度还会影响电子温度的分布函数，进而影响处理材料的效率。因此，低气压射频容性耦合等离子体中的气体温度具有很高的科学研究价值，并有较大的工业应用意义。然而，由于低气压射频等离子体复杂的电磁环境，用于等离子体中性气体温度诊断方法较少。如，广泛应用的测温方法—热电偶传感器，易受到各种电磁场干扰，且热电偶本身的存在也会对测量的等离子体产生干扰，因此不适用于低气压射频等离子体中性气体温度的测量。目前，传统的中性气体温度测量手段主要是基于光谱诊断，如发射光谱、吸收光谱和激光诱导荧光等。这些诊断手段常基于一些假设，如气体的转动温度与平动温度相等。在大气压条件下，这个假设是成立的，测量的结果也是相对准确的。但在低气压条件下(低于100Pa)，利用光谱诊断测得的温度值与真实的中性气体温度相差很大，不能给出令人满意的测量结果。此外，传统的光谱诊断方法还有响应时间长、设备昂贵、计算过程复杂、空间分辨能力差等局限。因此，在低气压射频容性耦合等离子体中，中性气体温度的测量一直是一个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种等离子气体的温度测量装置，能够利用测得的中性气体温度来表征甚高频大面积融性耦合等离子体中的电磁效应，且具有响应快和检测准确的特点。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种等离子气体的温度测量装置，包括：真空腔室、光纤温度传感器、石英管、环形器、光谱仪、宽带光源和计算机；所述石英管的一端插入所述真空腔室中；所述光纤温度传感器位于所述真空腔室的等离子气体中，并固定于所述石英管上；所述光纤温度传感器通过一穿过所述石英管的光纤与所述环形器连接；所述环形器通过光纤分别与所述宽带光源和所述光谱仪连接；所述光谱仪与所述计算机电连接；所述计算机用于读取和记录所述光谱仪采集的光谱。可选的，所述装置还包括二维驱动系统；所述二维驱动系统用于将所述石英管进行水平方向和竖直方向的移动；所述石英管的一端穿过所述二维驱动系统插入到所述真空腔室中。可选的，所述石英管的内径由插入所述真空腔室中的一端向另一端逐渐减小。可选的，所述石英管的内径由1cm逐渐减小到0.02cm。可选的，采用真空封泥对所述石英管内径最小端的端口进行密封。可选的，所述装置还包括封装系统；所述封装系统将所述石英管固定在所述二维驱动系统中。可选的，所述封装系统包括：第一橡皮密封圈、第一法兰接头、第二橡皮密封圈、第二法兰接头和挡板；所述第一橡皮密封圈套设在所述第一法兰接头上；所述第一法兰接头与所述第二橡皮密封圈沿所述石英管的内径最大端到所述石英管的内径最小端的方向上依次套设在所述石英管上；所述第二法兰接头与所述第一法兰接头沿所述第二橡皮密封圈的中心位置对称设置；且所述第二橡皮密封圈的两端分别卡设在所述第一法兰接头和所述第二法兰接头中；所述挡板套设在所述第二法兰接头上；所述挡板上设置有螺孔；所述第一法兰接头与所述二维驱动系统中的法兰口连接，且所述挡板通过螺钉固定于所述二维驱动系统上。可选的，所采用光纤的外径均为0.0125cm。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的等离子气体的温度测量装置中，宽带光源发出一束宽带光，经由环形器和光纤达到光纤温度传感器头，由于光纤温度传感器的周期结构，随即一束反射光沿原路径返回，其谱线由光谱仪进行分光，并由计算机上读取和记录。当真空腔室中等离子体中性气体温度上升或者下降时，反射光的中心波长值会快速进行相应的增大或者减小，以缩短响应时间。根据测得的反射光的中心波长值的变化情况，就可以得到等离子体的中性气体温度的变化。并且，本装置中的光纤温度传感器使用光信号为载体而不是电信号，这就使得不受等离子气体电磁场的干扰，能够提高检测准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例等离子气体的温度测量装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例封装系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例二维驱动系统的结构示意图；图4a为本专利技术实施例反射光中心波长随时间变化的示意图；图4b为本专利技术实施例计算得到的气体温度水平方向温度分布变化示意图；图5为本专利技术实施例27兆赫兹条件下的边缘效应的示意图；图6为本专利技术实施例100兆赫兹条件下驻波效应的示意图。附图标记：1-真空腔室，2-光纤温度传感器，3-石英管，4-环形器，5-光谱仪，6-宽带光源，7-计算机，8-二维驱动系统，9-封装系统，81-波纹管，82-垂直平移转轴，83-水平平移转轴，91-第一橡皮密封圈，92-第一法兰接头，93-第二橡皮密封圈，94-第二法兰接头，95-挡板。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种等离子气体的温度测量装置，能够利用测得的中性气体温度来表征甚高频大面积融性耦合等离子体中的电磁效应，且具有响应快和检测准确的特点。为使本专利技术的上述目的、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专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例等离子气体的温度测量装置的结构示意图，如图1所示，一种等离子气体的温度测量装置，包括：真空腔室1、光纤温度传感器2、石英管3、环形器4、光谱仪5、宽带光源6和计算机7；石英管3的一端插入真空腔室1中；光纤温度传感器2位于真空腔室1的等离子气体中，并固定于石英管3上；光纤温度传感器2通过一穿过石英管3的光纤与环形器4连接；环形器4通过光纤分别与宽带光源6和光谱仪5连接；光谱仪5与计算机7电连接；计算机7用于读取和记录光谱仪采集的光谱。本专利技术提供的装置还可以包括二维驱动系统8；如图3所示，二维驱动系统8是现有技术中存在的一种二维驱动装置，其主要由波纹管、水平方向和轴向移动转轴等组成，其主要作用是沿着水平和垂直方向移动石英管3。且因布拉格光纤光栅传感器2固定于石英管3内，石英管3固定在二维驱动系统8上。无论是垂直或者水平防线上移动石英管3，只是改变光纤温度传感器2的测量位置，对其他的没有任何影响。石英管3的一端穿过二维驱动系统8插入到真空腔室1中。石英管3的内径由插入真空腔室1中的一端向另一端逐渐减小。且石英管3的内径由1cm逐渐减小到0.02cm。为了进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子气体的温度测量装置，其特征在于，包括：真空腔室、光纤温度传感器、石英管、环形器、光谱仪、宽带光源和计算机；所述石英管的一端插入所述真空腔室中；所述光纤温度传感器位于所述真空腔室的等离子气体中，并固定于所述石英管上；所述光纤温度传感器通过一穿过所述石英管的光纤与所述环形器连接；所述环形器通过光纤分别与所述宽带光源和所述光谱仪连接；所述光谱仪与所述计算机电连接；所述计算机用于读取和记录所述光谱仪采集的光谱。

【技术特征摘要】
1.一种等离子气体的温度测量装置，其特征在于，包括：真空腔室、光纤温度传感器、石英管、环形器、光谱仪、宽带光源和计算机；所述石英管的一端插入所述真空腔室中；所述光纤温度传感器位于所述真空腔室的等离子气体中，并固定于所述石英管上；所述光纤温度传感器通过一穿过所述石英管的光纤与所述环形器连接；所述环形器通过光纤分别与所述宽带光源和所述光谱仪连接；所述光谱仪与所述计算机电连接；所述计算机用于读取和记录所述光谱仪采集的光谱。2.根据权利要求1所述的一种等离子气体的温度测量装置，其特征在于，所述装置还包括二维驱动系统；所述二维驱动系统用于将所述石英管进行水平方向和竖直方向的移动；所述石英管的一端穿过所述二维驱动系统插入到所述真空腔室中。3.根据权利要求2所述的一种等离子气体的温度测量装置，其特征在于，所述石英管的内径由插入所述真空腔室中的一端向另一端逐渐减小。4.根据权利要求3所述的一种等离子气体的温度测量装置，其特征在于，所述石英管的内径由1cm逐渐减小到0.02cm。5.根据权利要求3所述的一种等离子气体的温度测...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩道满，刘永新，高飞，刘子耕，荆振国，王友年，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21