[發明專利]一種等離子體發生裝置和產生等離子體的方法

無效

• 申請號: 201010168964.9
• 申請日: 2010-05-05
• 公開（公告）號: CN101835335A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 歐陽吉庭;李賞;何鋒;彭祖林;繆勁松
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H05H1/24
• 分類號: H05H1/24
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

技術領域

本發明涉及等離子體技術領域，特別是涉及一種等離子體發生裝置和產生等離子體的方法。

背景技術

目前，等離子體源在材料表面改性、有害氣體處理、電磁波傳播的動態控制、科學研究等領域有著廣泛的應用價值，這些領域對等離子體源的要求一般包括電子密度高、放電均勻、穩定性好等。

在眾多工業應用和科學研究中，產生高密度等離子體的主要方式有：高功率微波、熱致電離和氣體放電等；其中，由于具有放電均勻、穩定、結構簡單等優點，低氣壓氣體放電成為產生大體積、穩定等離子體源的常用手段。

基于低氣壓氣體放電原理，現有的等離子體發生裝置通常包括處于受控環境下的陰極和陽極，且該受控環境包括處于低壓下的一種放電氣體或氣體混合物；當在兩個電極之間施加足夠的電壓時，氣體內形成電子發射。該裝置結構簡單、易實現、成本低，且能夠產生均勻、穩定的等離子體。

但是，在某些特殊應用中，例如等離子體微帶動態控制開關、等離子體填充波導、材料內表面處理等場合，經常需要用到局域等離子體，也即，要求在特定的空間區域產生高密度等離子體，而其它地方不發生放電，以避免系統整體性能受到影響；而現有裝置產生的等離子體通常散亂分布在所述受控環境內，不能滿足上述要求。

總之，需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是：如何能夠產生符合要求的局域等離子體。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種等離子體發生裝置和產生等離子體的方法，用以產生符合要求的局域等離子體。

為了解決上述問題，本發明公開了一種等離子體發生裝置，包括：

密封的真空倉，其包括一個進氣口和一個出氣口；

位于真空倉內的半封閉陰極空腔，其外表面用絕緣介質覆蓋；

位于真空倉內的陽極金屬板；

負高壓電源，其負極端與半封閉陰極空腔相連，接地端與陽極金屬板相連；

其中，所述半封閉陰極空腔的軸線與陽極金屬板平行；

在真空倉內通入工作氣體時，調整所述半封閉陰極空腔與陽極金屬板之間的距離，使得該距離與工作氣體氣壓的乘積大于局域放電閾值。

優選的，所述半封閉陰極空腔為圓柱形，或者，球形，或者矩形。

優選的，所述絕緣介質包括云母、玻璃和陶瓷。

優選的，所述裝置還包括：限流電阻，其連接在所述半封閉陰極空腔和負高壓電源之間。

優選的，所述負高壓電源具有可調制脈寬。

優選的，所述負高壓電源具有可調電壓。

優選的，所述半封閉陰極空腔的材料為金屬。

本發明實施例還公開了一種應用上述等離子體發生裝置產生等離子體的方法，包括：

在真空倉內通入工作氣體；

調整半封閉陰極空腔與陽極金屬板之間的距離，使得該距離與工作氣體氣壓的乘積大于局域放電閾值，其中，所述半封閉陰極空腔的外表面用絕緣介質覆蓋；

控制負高壓電源輸出負高壓脈沖；

在所述負高壓脈沖值大于放電擊穿電壓時，所述半封閉陰極空腔與陽極開始放電，并在所述半封閉陰極空腔內產生等離子體。

優選的，所述控制負高壓電源輸出負高壓脈沖的步驟，包括：

調節所述負高壓脈沖的寬度和電壓的大小。

優選的，所述方法還包括：

在往上調節所述負高壓脈沖的電壓的大小時，所述等離子體的放電電流增大。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明設置半封閉陰極空腔，將其作為等離子體的產生環境；并且，采用絕緣介質覆蓋所述半封閉陰極空腔的外表面，由于工作氣體也不會與金屬發生反應，使得半封閉陰極空腔和陽極金屬板無介質或金屬限制，因而能夠為氣體放電提供開放空間；這樣，在真空倉內通入工作氣體時，通過調整所述半封閉陰極空腔與陽極金屬板之間的距離，使得該距離與工作氣體氣壓的乘積大于局域放電閾值，即能夠滿足局域放電規則，也即，僅在所述半封閉陰極空腔內部產生等離子體，而其它地方不發生放電，能夠避免系統整體性能受到影響；

另外，可以通過設置該半封閉陰極空腔的形狀、長度，使得所述產生的等離子體局域一定形狀和尺度；

再者，可設置所述負高壓電源具有可調制脈寬和/或可調電壓，這樣，可以通過控制所述負高壓電源產生的脈沖寬度，來控制等離子體的產生和衰減，因而，本發明還可以具有實時控制的優點。

其次，由于所述半封閉陰極空腔的軸線與陽極金屬板平行，所產生的等離子體可經半封閉陰極空腔的橫截面自由出入；