[實用新型]一種用于硅基材料加工的混合式等離子體發生器

有效

• 申請號: 201721500145.3
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN207560425U
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 余德平;吳杰;鐘彥杰;徐繼業;姚進
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H05H1/32
• 分類號: H05H1/32;H05H1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種用于硅基材料加工的混合式等離子體發生器，其主要由直流等離子體發生器和射頻感應耦合等離子體發生器兩部分組成；所述的直流等離子體發生器主要由陰極部分、引弧外殼、第一陽極體、陽極外殼、第二陽極部分、第一絕緣套、第二絕緣套組成；所述射頻感應耦合等離子體發生器主要由石英玻璃管、感應線圈組成；所述的陰極部分主要由陰極座和陰極頭組成；所述的第一陽極體上端面與引弧外殼連接，下端面與第二絕緣套連接；所述第二陽極部分由陽極頭和陽極尾蓋組成；所述第一絕緣套內壁與陰極座配合，外壁與引弧外殼配合。本裝置在線圈磁場的作用下二次激發電弧等離子體射流，提高反應活性粒子的激發效率，對于硅基材料的加工速率有很大提升。

技術領域

本實用新型公開了一種用于硅基材料加工的混合式等離子體發生器，屬于等離子體加工設備領域。

背景技術

近年來硅基超精密零件在航空航天，天文觀測等領域應用越來越廣泛，需求越來越多，對于材料加工表面質量要求也越來越高，諸如納米級的表面粗糙度，加工表面無變質層和亞表面損傷等要求。為了實現以上目標，以等離子體激發如CF₄一類的工作氣體產生活性反應粒子為主導的軌跡表面加工方式，得到了國內外科研工作者的極大關注。

目前激發工作氣體產生活性反應粒子的方式主要依靠射頻感應耦合等離子體發生器。此種方式能夠實現激發工作氣體產生活性反應粒子，依靠活性反應粒子與硅基材料之間發生化學反應生成氣相產物，可避免加工表面出現表面變質層和亞表面損傷，但在感應線圈區域內，洛侖茲力會誘導產生強回旋渦流,導致加工過程中裝置射流口等離子體射流的形態并不穩定，不能得到恒定的束斑直徑，加工表面質量并不能達到理想目標；且感應線圈區域內存在電流的趨膚效應，高溫區偏離石英玻璃管軸線，能量并未充分耦合至等離子體射流中，導致加工效率不高。

實用新型內容

為了解決上述問題，提高加工效率，提升硅基材料的加工表面質量，本實用新型公開了一種用于硅基材料刻蝕加工的混合式等離子體發生器，可長時間產生性能優異且能夠保持恒定束斑直徑的等離子體射流，因而可以得到理想目標要求下硅基材料的表面質量。

本實用新型的技術方案如下所述。

一種用于硅基材料加工的混合式等離子體發生器，主要由直流等離子體發生器和射頻感應耦合等離子體發生器兩部分組成，其特征在于：所述的直流等離子體發生器主要由陰極部分、引弧外殼、第一陽極體、陽極外殼、第二陽極部分、第一絕緣套、第二絕緣套組成；所述射頻感應耦合等離子體發生器主要由石英玻璃管，感應線圈組成。所述的陰極部分主要由陰極座和陰極頭組成；所述的第一陽極體上端面與引弧外殼連接，下端面與第二絕緣套連接；所述陽極外殼上部端面接有第二陽極體接線柱，所述第二陽極部分由陽極頭和陽極尾蓋組成；所述第一絕緣套內壁與陰極座配合，外壁與引弧外殼配合；第二絕緣套由薄壁段和射流接觸段兩部分組成。

所述陰極座主要由陰極套、陰極體、陰極接線柱組成；所述陰極套上端面有一冷卻水入口；所述陰極體外圓柱面與陰極套內壁配合；所述陰極接線柱與直流電源陰極相接。

所述陰極頭采用耐高溫材料鎢或其合金加工，由一柱面和與之相切的圓弧面構成，是電弧陰極的附著點。

所述引弧外殼上部圓柱面設有第一陽極接線座，中部外圓柱面設有第一環形分氣室，內圓柱面設有8～10與第一環形分氣室連通的發生氣進氣孔，其中發生氣為Ar，所述工作氣出氣孔軸線與內圓柱面法線夾角為30°～50°。

所述第一陽極體采用紫銅材料，主要用于隔離工作氣體和陰極部分，避免工作氣體激發后產生的反應活性粒子腐蝕陰極部分。

所述陽極外殼上部端面與第二陽極接線柱連通，上部外圓柱面設有一發生氣進氣口；中部外圓柱面設有一冷卻水出口和一保護氣入口，陽極外殼內壁設有螺紋，用于與陽極頭連接。

所述陽極尾蓋外圓柱面設有一保護氣進氣口，下部端面設有一孔道與保護氣進氣口連通，其中保護氣為Ar。