[發明專利]一種螺旋波等離子體發生裝置

在審

• 申請號: 202310101375.6
• 申請日: 2023-01-19
• 公開（公告）號: CN116321659A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 孟月東;繆勇
• 申請（專利權）人: 安徽金屹能源發展有限公司
• 主分類號: H05H1/46
• 分類號: H05H1/46
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 苗娟

本發明的一種螺旋波等離子體發生裝置，包括有一端密封的石英玻璃管、電感線圈，還包括螺旋波天線、穩恒磁場線圈或磁鐵，金屬材質的真空室；石英玻璃管開口端與金屬材質的真空室密封連接，與真空抽氣、充氣及壓力測量組件構成等離子體放電的真空系統；位于石英玻璃管密封端的射頻天線與位于石英玻璃管開口端的電感線圈串聯連接到射頻電源，構成電源驅動系統；本發明利用螺旋波天線分別在弱磁化的等離子體中產生兩支波模，其中一支波因受到等離子體中的離子朗道阻尼，只在等離子體邊緣區域傳播，提高了邊界等離子體的能量和密度，使得等離子體的密度和能量的空間分布均勻性得到了極大的提高。

技術領域

本發明涉及等離子發生技術領域，具體涉及一種螺旋波等離子體發生裝置。

背景技術

1962年英國哈威爾原子能實驗室的彼得·托內曼教授發現了螺旋波(H-mode)，它是一個在穩恒磁場等離子體中的波[1]。螺旋波是一種在磁化等離子體中傳播的電磁波。它沿磁場方向傳播，是圓偏振的，其回旋方向與載流子在磁場中的回旋方向相同。這種波使得磁力線發生擾動，變為螺旋形的線，故稱為螺旋波。螺旋波是色散的，其相速度及群速度均與頻率的平方根成正比。螺旋波的頻率介于低混雜頻率(ω_cΩ_c)^1/2和離子等離子體震蕩頻率Ω_p之間，遠低于電子回旋頻率ω_c，屬于射頻頻段的。等離子體中的螺旋波就是一種波形具有“螺旋”性質的低頻靜電波。因此，可以用特殊天線發射螺旋波產生等離子體，即螺旋波等離子體。盡管螺旋波是由感應天線激發的，但這些“螺旋”波在很大程度上是靜電的，因此不具備傳播性。考慮到電子質量的因素，博斯韋爾發現了在等離子體邊緣區域的第二支波，被命名為Trivelpiece–Gould(TG-mode)波模式[2]。

用螺旋波激勵的等離子體稱螺旋波等離子體。最突出的優點就是當螺旋波在等離子體中傳播時能使大面積的電子得到加熱，電子密度高而均勻，而需要的約束磁場不強。值得高度關注的是，相同功率下，對比其他射頻源放電等離子體，如電容耦合放電(CCP)、電感耦合放電(ICP)，螺旋波放電能產生高密度而且空間分布均勻的等離子體。均勻等離子體是半導體制造業為了提高產品的良率急需要的技術，尤其是晶片在越做越大的情況下，均勻等離子體技術顯得尤其重要。但螺旋波等離子體在較低氣壓工況下不易產生，需要在高氣壓(30mTorr)下產生，然后再降低到低壓狀態[3]。這無疑阻礙了螺旋波等離子體在半導體制造中的應用，商業化并沒有進一步發展。

CN103898458A專利公開了一種采用螺旋波等離子體濺射技術制備硅納米晶薄膜的方法，CN1121303A專利公開了一種螺旋波等離子處理方法及裝置。均未涉及到較低氣壓工況下不易產生等離子體的這一關鍵技術問題。

參考文獻：

[1]Lehane?J?A?and?Thonemann?P?C?1965Proc.Phys.Soc.85?301；

[2]Boswell?R?W?1984Plasma?Phys.Control.Fusion?26?1147；

[3]Francis?F?Chen?Plasma?Sources?Sci.Technol.24(2015)014001(25pp)。

發明內容

本發明提出的一種螺旋波等離子體發生裝置，可至少解決上述技術問題之一。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：