[發明專利]諧振腔式ECR等離子體源裝置以及方法

在審

• 申請號: 201910649890.1
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110234195A
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 劉宇;張仲愷;雷久侯;曹金祥
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張靜

本發明公開了一種諧振腔式ECR等離子體源裝置以及方法，本發明技術方案在真空諧振腔內設置以天線密封罩，將輻射微波的天線置于該天線密封罩內，可以避免放電天線對所述真空諧振腔內ECR等離子體污染。可以通過所述ECR控制元件調節電子回旋共振所需磁場大小，進一步增加電子密度。本發明技術方案所述裝置具有結構簡單、電磁波?等離子體能量耦合效率高的優點，可以產生電子密度高達10¹²cm^?3量級的等離子體。

技術領域

本發明涉及等離子體源產生技術領域，更具體的說，涉及一種諧振腔式ECR(電子回旋共振)等離子體源裝置以及方法。

背景技術

電子回旋共振(ECR)等離子體是低氣壓低溫放電領域的一個重要技術。ECR等離子體源使用微波能量激勵氣體放電，具有工作壽命長、性能穩定、無電極、耐腐蝕和能在真空下工作等優點，所以ECR等離子體源被廣泛應用于多個方面，例如加速器中的大電流離子源，半導體制造中的離子注入、離子束濺射沉積等工藝，和新概念空間電推進引擎技術等。現有的ECR等離子體源裝置位型有很多種，例如典型的高長寬比和低長寬比ECR等離子體源中，微波由波導管傳輸，透過玻璃窗在線圈磁場的作用下于共振區產生等離子體，或使用微波傳輸天線輸送微波能量，結合永磁體磁場產生電子回旋共振區域。

微波諧振腔可用于等離子體產生，原理是在微波諧振腔內通過電磁場的諧振作用產生強電磁場，激發氣體放電產生等離子體，但受制于等離子體振蕩頻率和諧振腔制作工藝，產生的等離子體電子密度到達10⁹cm^-3量級時，對應2.45GHz頻率的微波在非磁化的等離子體邊界發生截止現象，能量不能進入到等離子體，從而使一般的微波諧振腔等離子體源電子密度較低，很難達到工業應用所需的高密度要求。

發明人研究發現，結合微波諧振腔和ECR放電技術的等離子體源既可以使用諧振腔增強電磁波的能量耦合效率，又可以利用ECR原理使電子回旋共振吸收微波能量，從而結合兩種放電方式的優勢，在小空間和較低的微波功耗條件下產生高密度的等離子體。

發明內容

本申請的目的是提供一種諧振腔式ECR等離子體源裝置以及方法，包括如下技術方案：

一種諧振腔式ECR等離子體源裝置，包括：

真空諧振腔，用于使得設定頻率的微波產生諧振；

置于所述真空諧振腔內的天線密封罩，所述天線密封罩具有連接外部大氣的天線開口；

通過所述開天線口置于所述天線密封罩中的天線，所述天線用于通過所述密封天線罩向所述真空諧振腔輻射所述微波；

置于所述真空諧振腔外部的ECR控制元件，用于在所述真空諧振腔內產生電子回旋共振所需磁場，以在所述真空諧振腔內產生ECR等離子體。

優選的，在上述裝置中，所述真空諧振腔包括：圓筒本體，所述圓筒本體的底端密封，其頂端設置有諧振增強環。

優選的，在上述裝置中，所述ECR控制元件為磁場線圈，由多匝線圈繞制，用于連接直流穩流電源。

優選的，在上述裝置中，所述磁場線圈為漆包線繞制的電磁線圈。

優選的，在上述裝置中，所述天線密封罩為石英玻璃罩。

優選的，在上述裝置中，所述天線為棒狀天線，其一端通過所述天線開口置于所述天線密封罩中，另一端連接微波源產生電路；

所述棒狀天線內部具有水冷結構。

優選的，在上述裝置中，所述圓筒本體的側壁具有冷卻水循環的通道，所述圓筒本體的側壁外側具有連接冷卻水管的進水接口以及出水接口。

優選的，在上述裝置中，所述圓筒本體的側壁還具有快速連接法蘭，用于連接真空泵組以及測量真空氣壓的真空規管。