Устройство для получения высокочастотного емкостного газового разряда

 

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано для получения высокочастотного емкостного газового разряда (ВЧЕ-разряда) для различных целей, например возбуждения активных сред газовых лазеров, спектроскопии газов и их смесей, плазменного травления микросхем и др. В устройстве для получения ВЧЕ-разряда, представляющем собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещены по меньшей мере две пары параллельных проволочных электродов, некоторые из которых подключены к ВЧ-генератору, а оставшиеся заземлены, в отличие от прототипа все электроды находятся в одной плоскости в ряд, причем подключенные к ВЧ-генератору электроды чередуются через один с заземленными электродами, а подключение электродов к ВЧ-генератору осуществлено параллельным способом, и подключение оставшихся электродов к заземлению также осуществлено параллельным способом. Технический результат: возможность получения ВЧЕ-разряда большой площади с высокой степенью однородности. 1 ил.

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано для получения высокочастотного емкостного газового разряда (ВЧЕ-разряда) для различных целей, например возбуждения активных сред газовых лазеров, спектроскопии газов и их смесей, плазменного травления микросхем и др.

Известны устройства для получения ВЧЕ-разряда, представляющие собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещена пара металлических электродов, один из которых подключен к высокочастотному генератору (ВЧ-генератору), а другой заземлен, - см. рис. 1.1 на с. 8 [1]. Эти устройства выбраны за аналоги.

Недостатком данных устройств является неоднородность горения разряда в объеме камеры, проявляющаяся в неоднородности распределения электронной концентрации и распределения интенсивности свечения, связанной с особыми формами ВЧЕ-разряда в таких условиях (так называемые α- или γ-формы ВЧЕ-разряда - см. с.46 [1]).

Наиболее близким по технической сущности является устройство для получения ВЧЕ-разряда, представляющее собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи которой размещены две пары расположенных по окружности параллельных проволочных электродов, причем два из них (в любой последовательности) подключены к ВЧ-генератору, а два других заземлены - см. рис. 5.10 на с. 271 [l]. Это устройство выбрано за прототип.

Если к ВЧ-генератору подключить два смежных проволочных электрода, то в камере установятся α- или γ-формы ВЧЕ-разряда, еще более неоднородные в поперечном сечении устройства, чем в двухэлектродных схемах аналогов. Если же к ВЧ-генератору подключить два диаметрально противоположных электрода, то в центре окружности образуется особая точка с нулевым значением электрического поля порядка -1 по классификации, представленной на с. 17 [2]. При зажигании ВЧЕ-разряда вблизи этой точки понижены концентрация электронов и интенсивность свечения в разряде, что также приводит к неоднородности горения разряда, а поперечная структура разряда имеет вид восьмерки типа той, которая показана на рис. 8 [3].

Задачей изобретения является обеспечение пространственной однородности горения ВЧЕ-разряда, что является полезным, например, для более качественной генерации в лазере с накачкой таким разрядом.

Техническим результатом при использовании изобретения является возможность получения ВЧЕ-разряда большой площади с высокой степенью однородности.

Этот результат достижим за счет того, что в устройстве для получения ВЧЕ-разряда, представляющем собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещены по меньшей мере две пары параллельных проволочных электродов, некоторые из которых подключены к ВЧ-генератору, а оставшиеся заземлены, в отличие от прототипа все электроды находятся в одной плоскости в ряд, причем подключенные к ВЧ-генератору электроды чередуются через один с заземленными электродами, а подключение электродов к ВЧ-генератору осуществлено параллельным способом, и подключение оставшихся электродов к заземлению также осуществлено параллельным способом.

Достижение результата основано на том, что предлагаемая конфигурация электродов при синфазном подключении к ВЧ-генератору и к заземлению не создает в пространстве точек с нулевым значением поля, а синфазность электродов обеспечивается параллельным подключением. При этом плазма разряда представляет собой по форме лист, однородный вдоль своей поверхности.

Пример конструкции устройства для получения ВЧЕ-разряда показан на чертеже, на котором обозначено: 1 - заземление; 2 - ВЧ-генератор; 3 - плазма; 4 - диэлектрическая газонаполненная камера; 5 - группа электродов, подключенная к ВЧ-генератору; 6 - группа заземленных электродов.

Заземление 1 выполняется стандартным способом. ВЧ-генератор 2 имеет частоту 13,56 МГц и выходную мощность 1 кВт. Диэлектрическая газонаполненная камера 4 имеет размеры 200х200х400 мм, выполнена из кварцевого стекла толщиной 8 мм, имеет средства герметизации и накачки газом или смесью газов необходимого давления (например, гелий при давлении 1 Top).

Проволочные электроды 5, 6 числом 15 пар выполнены из нержавеющей стали и имеют диаметр 2 мм и длину 180 мм. Расстояние между соседними электродами 5 мм. Подключение электродов выполнено в соответствии с формулой изобретения, а именно: подключенные к ВЧ-генератору 2 электроды 5 чередуются через один с заземленными электродами 6, а подключение электродов 5 к ВЧ-генератору 2 осуществлено параллельным способом и подключение оставшихся электродов 6 к заземлению 1 также осуществлено параллельным способом. Для исключения взаимной связи подводящих шнуров от заземления 1 и ВЧ-генератора 2 электроды 5 и электроды 6 вводятся в камеру 3 с противоположных стенок.

Работает устройство следующим образом. Сначала закачивают в камеру 3 газ или смесь газов необходимого давления. После включения ВЧ-генератора 2 в камере зажигается ВЧЕ-разряд и формируется плазменный лист толщиной несколько сантиметров и площадью 180х180 мм и концентрацией электронов в нем ~10⁸ см^-3. Разряд имеет равномерные на указанной площади концентрацию электронов и интенсивность свечения. Таким образом, технический результат достигается за счет тех признаков, что указаны в формуле изобретения.

Источники информации 1. Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н., Яценко Н.А. Высокочастотный емкостной разряд: физика, техника эксперимента, приложения. М.: Изд-во МФТИ, 1995.

2. Сочнев А.Я. Расчет напряженности поля прямым методом. Л.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Донко 3. , Рожа К., Шалаи Л. Высоковольтный разряд с полым катодом: применение в лазерной технике и моделирование движения электронов // Физика плазмы, 1998, т. 24, 7, с. 636-648.

Формула изобретения

Устройство для получения высокочастотного емкостного газового разряда, представляющее собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещены по меньшей мере две пары параллельных проволочных электродов, некоторые из которых подключены к ВЧ-генератору, а оставшиеся заземлены, отличающееся тем, что все электроды находятся в одной плоскости в ряд, причем подключенные к ВЧ-генератору электроды чередуются через один с заземленными электродами, а подключение электродов к ВЧ-генератору осуществлено параллельным способом, и подключение оставшихся электродов к заземлению также осуществлено параллельным способом.

РИСУНКИ

Рисунок 1