谐振腔式ECR等离子体源装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种谐振腔式ECR等离子体源装置，本实用新型专利技术技术方案在真空谐振腔内设置以天线密封罩，将辐射微波的天线置于该天线密封罩内，可以避免放电天线对所述真空谐振腔内ECR等离子体污染。可以通过所述ECR控制元件调节电子回旋共振所需磁场大小，进一步增加电子密度。本实用新型专利技术技术方案所述装置具有结构简单、电磁波‑等离子体能量耦合效率高的优点，可以产生电子密度高达10

【技术实现步骤摘要】
谐振腔式ECR等离子体源装置
本技术涉及等离子体源产生
，更具体的说，涉及一种谐振腔式ECR(电子回旋共振)等离子体源装置。
技术介绍
电子回旋共振(ECR)等离子体是低气压低温放电领域的一个重要技术。ECR等离子体源使用微波能量激励气体放电，具有工作寿命长、性能稳定、无电极、耐腐蚀和能在真空下工作等优点，所以ECR等离子体源被广泛应用于多个方面，例如加速器中的大电流离子源，半导体制造中的离子注入、离子束溅射沉积等工艺，和新概念空间电推进引擎技术等。现有的ECR等离子体源装置位型有很多种，例如典型的高长宽比和低长宽比ECR等离子体源中，微波由波导管传输，透过玻璃窗在线圈磁场的作用下于共振区产生等离子体，或使用微波传输天线输送微波能量，结合永磁体磁场产生电子回旋共振区域。微波谐振腔可用于等离子体产生，原理是在微波谐振腔内通过电磁场的谐振作用产生强电磁场，激发气体放电产生等离子体，但受制于等离子体振荡频率和谐振腔制作工艺，产生的等离子体电子密度到达109cm-3量级时，对应2.45GHz频率的微波在非磁化的等离子体边界发生截止现象，能量不能进入到等离子体，从而使一般的微波谐振腔等离子体源电子密度较低，很难达到工业应用所需的高密度要求。专利技术人研究发现，结合微波谐振腔和ECR放电技术的等离子体源既可以使用谐振腔增强电磁波的能量耦合效率，又可以利用ECR原理使电子回旋共振吸收微波能量，从而结合两种放电方式的优势，在小空间和较低的微波功耗条件下产生高密度的等离子体。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种谐振腔式ECR等离子体源装置，包括如下技术方案：一种谐振腔式ECR等离子体源装置，包括：真空谐振腔，用于使得设定频率的微波产生谐振；置于所述真空谐振腔内的天线密封罩，所述天线密封罩具有连接外部大气的天线开口；通过所述天线开口置于所述天线密封罩中的天线，所述天线用于通过所述天线密封罩向所述真空谐振腔辐射所述微波；置于所述真空谐振腔外部的ECR控制元件，用于在所述真空谐振腔内产生电子回旋共振所需磁场，以在所述真空谐振腔内产生ECR等离子体。优选的，在上述装置中，所述真空谐振腔包括：圆筒本体，所述圆筒本体的底端密封，其顶端设置有谐振增强环。优选的，在上述装置中，所述ECR控制元件为磁场线圈，由多匝线圈绕制，用于连接直流稳流电源。优选的，在上述装置中，所述磁场线圈为漆包线绕制的电磁线圈。优选的，在上述装置中，所述天线密封罩为石英玻璃罩。优选的，在上述装置中，所述天线为棒状天线，其一端通过所述天线开口置于所述天线密封罩中，另一端连接微波源产生电路；所述棒状天线内部具有水冷结构。优选的，在上述装置中，所述圆筒本体的侧壁具有冷却水循环的通道，所述圆筒本体的侧壁外侧具有连接冷却水管的进水接口以及出水接口。优选的，在上述装置中，所述圆筒本体的侧壁还具有快速连接法兰，用于连接真空泵组以及测量真空气压的真空规管。优选的，在上述装置中，所述圆筒本体的侧壁还具有CF法兰，用于安装等离子体测量装置。通过上述描述可知，本技术技术方案提供的一种谐振腔式ECR等离子体源装置中，在真空谐振腔内设置以天线密封罩，将辐射微波的天线置于该天线密封罩内，可以避免放电天线对所述真空谐振腔内ECR等离子体污染。可以通过所述ECR控制元件调节电子回旋共振所需磁场大小，进一步增加电子密度。本技术技术方案所述装置具有结构简单、电磁波-等离子体能量耦合效率高的优点，可以产生电子密度高达1012cm-3量级的等离子体。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的一种谐振腔式ECR等离子体源装置的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种天线密封罩的结构示意图；图3a为磁场线圈电流为9A时高斯计测量真空谐振腔内轴向强度的分布图；图3b为磁场线圈电流为9A时高斯计测量真空谐振腔内径向强度的分布图；图3c为磁场线圈电流为9A时高斯计测量真空谐振腔内总磁感应强度的分布图；图4a为真空谐振腔中心位置的电子密度随放电功率和气压变化的示意图；图4b为真空谐振腔中心位置的电子温度随放电功率和气压变化的示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。为使本技术的上述目的、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技术作进一步详细的说明。参考图1，图1为本技术实施例提供的一种谐振腔式ECR等离子体源装置的结构示意图，该装置包括：真空谐振腔10，用于使得设定频率的微波产生谐振；置于所述真空谐振腔内10的天线密封罩4，所述天线密封罩4具有连接外部大气的天线开口；通过所述天线开口置于所述天线密封罩4中的天线5，所述天线5用于通过所述天线密封罩4向所述真空谐振腔10辐射所述微波；置于所述真空谐振腔10外部的ECR控制元件7，用于在所述真空谐振腔10内产生电子回旋共振所需磁场，以在所述真空谐振腔内产生ECR等离子体。所述真空谐振腔10包括：圆筒本体，所述圆筒本体的底端密封，其顶端设置有谐振增强环2。所述谐振腔10作为ECR等离子体的产生容器，需要真空密封，采用低磁导率的不锈钢材料制备，以避免噪声磁场干扰。故所述圆筒本体为不锈钢圆筒，且真空密封。可以设置谐振增强环2的外径等于真空谐振腔10的内径，以便于直接固定在所述真空谐振腔的内壁。所述谐振增强环2的内外径差为22mm，即谐振增强环2的宽度为22mm，可以有效提高真空谐振腔10内微波能量耦合效率。所述真空谐振腔10的内径满足谐振条件，以使得所述微波在所述真空谐振腔10内产生谐振，增加所述微波耦合能量。故使用所述真空谐振腔在设定频率的微波源下产生等离子体时，可以产生谐振作用有效增加微波能量耦合。设置所述真空谐振腔10的内径(所述圆筒本体的内径)为所述微波波长的N倍，N为大于的正整数，如N可以为2，以便于使得所述真空谐振腔10的直径为所述微波波长的N倍或近似N倍，使得所述微波产生谐振，如采用频率为2.45GHZ，可以设置所述真空谐振腔10的内径为245mm。所述真空谐振腔10的直径为所述微波波长的近似N倍表示：所述真空谐振腔10的直径与N倍所述微波波长的差值不超过设定阈值，以满足谐振条件，该设定阈值可以根据实际谐振设置，如该阈值不超过微波波长的5％。可以设置所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振腔式ECR等离子体源装置，其特征在于，包括：/n真空谐振腔，用于使得设定频率的微波产生谐振；/n置于所述真空谐振腔内的天线密封罩，所述天线密封罩具有连接外部大气的天线开口；/n通过所述天线开口置于所述天线密封罩中的天线，所述天线用于通过所述天线密封罩向所述真空谐振腔辐射所述微波；/n置于所述真空谐振腔外部的ECR控制元件，用于在所述真空谐振腔内产生电子回旋共振所需磁场，以在所述真空谐振腔内产生ECR等离子体。/n

【技术特征摘要】
1.一种谐振腔式ECR等离子体源装置，其特征在于，包括：
真空谐振腔，用于使得设定频率的微波产生谐振；
置于所述真空谐振腔内的天线密封罩，所述天线密封罩具有连接外部大气的天线开口；
通过所述天线开口置于所述天线密封罩中的天线，所述天线用于通过所述天线密封罩向所述真空谐振腔辐射所述微波；
置于所述真空谐振腔外部的ECR控制元件，用于在所述真空谐振腔内产生电子回旋共振所需磁场，以在所述真空谐振腔内产生ECR等离子体。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述真空谐振腔包括：圆筒本体，所述圆筒本体的底端密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，张仲恺，雷久侯，曹金祥，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34