小功率微波等离子体源
专利汇可以提供小功率微波等离子体源专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种小功率 微波 等离子体 源，属 微波等离子 体源的技术领域。该等离子体源，需与微波源联用，含接地平面、基片、馈电同轴、平面微带螺旋电感线圈、过渡微带线、调谐电容和调配电容，平面微带螺旋电感线圈、过渡微带线、调谐电容和调配电容的一个极片沉积在基片的上表面，平面微带螺旋电感线圈的始端经过渡微带线、调谐电容与调配电容的一个极片连接，接地平面作为调配电容的另一个极片沉积在基片的下表面，平面微带螺旋电感线圈的终端经分布电容与调配电容的另一个极片连接，馈电同轴跨接在调配电容的两端，工作时，微波源的输出 信号 通过馈电同轴馈加在调配电容的两端。有体积小巧和微波等离子体易于激励等优点。，下面是小功率微波等离子体源专利的具体信息内容。
1.一种小功率微波等离子体源，该等离子体源，需与微波源联 用，其特征在于，含接地平面(10)、基片(20)、馈电同轴(1)、微 带螺旋电感线圈(3)、过渡微带线(2)、调谐电容(4)和调配电容 (5)，基片(20)的构成材料是耐高温、耐腐蚀的低损耗介质，接地 平面(10)、微带螺旋电感线圈(3)、过渡微带线(2)、调谐电容(4) 的极片和调配电容(5)的极片的构成材料是高导电率的金属材料， 微带螺旋电感线圈(3)、过渡微带线(2)、调谐电容(4)和调配电 容(5)是平面电子元件，微带螺旋电感线圈(3)的外径介于3.5mm～ 4.5mm，微带螺旋电感线圈(3)的线宽w介于20μm～140μm，微带 螺旋电感线圈(3)的匝间距s介于10μm～70μm，微带螺旋电感线 圈(3)的匝数n介于2～8，调谐电容(4)的第一极片(41)和第 二极片(42)位于同一个平面，微带螺旋电感线圈(3)、过渡微带线 (2)、调谐电容(4)和调配电容(5)的上极片(51)沉积在基片(20) 的上表面(21)，接地平面(10)作为调配电容(5)的下极片(52) 沉积在基片(20)的下表面(22)，微带螺旋电感线圈(3)的始端(31) 经过渡微带线(2)、调谐电容(4)与调配电容(5)的上极片(51) 连接，微带螺旋电感线圈(3)的终端(32)经分布电容与调配电容 (5)的下极片(52)连接，馈电同轴1以其芯柱(33)和外套(34) 分别与上极片(51)和下极片(52)连接的方式跨接在调配电容(5) 的两端，该等离子体源的谐振频率介于1GHz～3.5GHz，工作时，微 波源的输出信号通过馈电同轴(1)馈加在调配电容(5)的两端。
2.根据权利要求1所述的小功率微波等离子体源，其特征在于， 所述的耐高温、耐腐蚀的低损耗介质是蓝宝石、高阻硅、多孔硅、红 宝石或高频陶瓷。
3.根据权利要求1所述的小功率微波等离子体源，其特征在于， 所述的高导电率的金属材料是金或铜。
4.根据权利要求1所述的小功率微波等离子体源，其特征在于， 调谐电容(4)是叉指电容。
5.根据权利要求1所述的小功率微波等离子体源，其特征在于， 所述的耐高温、耐腐蚀的低损耗介质是介电常数和厚度分别为2.5和 0.6mm的高频陶瓷，所述的高导电率的金属材料是铜，调谐电容(4) 是叉指电容，微带螺旋电感线圈(3)的外径、线宽w、匝间距s和 匝数n分别为4mm、50μm、40μm和3，所述的小功率微波等离子体 源的谐振频率和品质因数Q分别为2.48GHz和500，联用的微波源的 输出信号的频率和功率分别为2.48GHz和458mW。
6.根据权利要求1所述的小功率微波等离子体源，其特征在于， 所述的耐高温、耐腐蚀的低损耗介质是介电常数和厚度分别为2.5和 0.6mm的高频陶瓷，所述的高导电率的金属材料是铜，过渡微带线(2) 和调谐电容(4)合併成过渡微带线(2)，微带螺旋电感线圈(3)的 外径、线宽w、匝间距s和匝数n分别为4mm、50μm、40μm和3， 所述的小功率微波等离子体源的谐振频率和品质因数Q分别为 2.48GHz和500，联用的微波源的输出信号的频率和功率分别为 2.48GHz和458mW。
技术领域
本发明涉及一种小功率微波等离子体源，具体而言，涉及一种小功 率平面微带螺旋电感耦合微波等离子体源，属微波等离子体源的技术领 域。
技术背景
基于微系统的小功率微波等离子体技术是一项近几年随着MEMS 技术的发展而发展起来的集微电子技术、微波技术和等离子体技术于一 体的高新技术。由于MEMS具有低损耗、高隔离、小体积、低制造成本、 易与IC和MMIC电路集成等特点，因此微波等离子体结合MEMS工艺 可使等离子体的结构和特性发生巨大的改变。而电感耦合等离子体 (Inductively-coupled plasma，简称ICP)是一种使用电感线圈进行无电 极放电产生等离子体的方式。基于微系统的小功率平面微带螺旋电感耦 合微波等离子体与其它形式的等离子体相比，具有结构简单、使用寿命 长、状态稳定，而且无电极污染、特别是更易与其它MEMS器件集成等 优点。目前主要形式包括圆柱形螺旋线圈和平面形螺旋线圈(非微带)等。
微波等离子体可广泛应用于新材料、微电子和化学等高科技领域， 随着微系统的发展和广泛应用(如MEMS等)，电路尺寸要求在毫米和 微米级，以前那种厘米甚至米级的大面积的微波等离子体已不再适用。 因此，如何用微小功率激励更小尺寸的微波等离子体就成为问题的关 键。基于微系统的小功率平面微带螺旋电感耦合微波等离子体源就是采 用微带技术通过微小功率微波激励起微小尺寸的等离子体，如用不超过 3～5瓦的微波功率使气体电离，产生10毫米甚至0.2毫米尺寸的等离 子体。此项技术在生物MEMS的杀菌消毒、小尺寸材料的处理、微化学 分析系统以及微型推进器等领域具有良好的应用前景。
根据射频或微波电路理论，平面微带螺旋电感线圈可等效为分布参 数电路，即电阻、电感和电容的串并联电路。为了高效激励小功率电感 耦合微波等离子体，有必要对平面微带螺旋线圈的结构进行优化设计， 减小线圈的电阻，使螺旋线圈的品质因数最大，同时实现小功率微波等 离子体源的调配和调谐，这样才可增大进入等离子体的功率，从而提高 等离子体激励的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是推出一种小功率微波等离子体源。该等 离子体源具有以下优点：品质因数高，具有与馈电输入端较好的阻抗匹 配，反射小，能很好地实现调谐和调配，从而提高等离子体激励的效率。
本发明通过采用以下技术方案使上述技术问题得到解决。该等离子 体源，需与微波源联用，含接地平面、基片、馈电同轴、平面微带螺旋 电感线圈、过渡微带线、调谐电容和调配电容，平面微带螺旋电感线圈、 过渡微带线、调谐电容和调配电容的一个极片沉积在基片的上表面，平 面微带螺旋电感线圈的始端经过渡微带线、调谐电容与调配电容的一个 极片连接，接地平面作为调配电容的另一个极片沉积在基片的下表面， 平面微带螺旋电感线圈的终端经分布电容与调配电容的另一个极片连 接，馈电同轴跨接在调配电容的两端，工作时，微波源的输出信号通过 馈电同轴馈加在调配电容的两端。
现结合附图详细说明本发明的技术方案。一种小功率微波等离子体 源，该等离子体源，需与微波源联用，其特征在于，含接地平面10、基 片20、馈电同轴1、微带螺旋电感线圈3、过渡微带线2、调谐电容4 和调配电容5，基片20的构成材料是耐高温、耐腐蚀的低损耗介质，接 地平面10、微带螺旋电感线圈3、过渡微带线2、调谐电容4的极片和 调配电容5的极片的构成材料是高导电率的金属材料，微带螺旋电感线 圈3、过渡微带线2、调谐电容4和调配电容5是平面电子元件，微带 螺旋电感线圈3的外径介于3.5mm～4.5mm，微带螺旋电感线圈3的线 宽w介于20μm～140μm，微带螺旋电感线圈3的匝间距s介于10μm～ 70μm，微带螺旋电感线圈3的匝数n介于2～8，调谐电容4的第一极 片41和第二极片42位于同一个平面，微带螺旋电感线圈3、过渡微带 线2、调谐电容4和调配电容5的上极片51沉积在基片20的上表面21， 接地平面10作为调配电容5的下极片52沉积在基片20的下表面22， 微带螺旋电感线圈3的始端31经过渡微带线2、调谐电容4与调配电容 5的上极片51连接，微带螺旋电感线圈3的终端32经分布电容与调配 电容5的下极片52连接，馈电同轴1以其芯柱33和外套34分别与上 极片51和下极片52连接的方式跨接在调配电容5的两端，该等离子体 源的谐振频率介于1GHz～3.5GHz，工作时，微波源的输出信号通过馈 电同轴1馈加在调配电容5的两端。
本发明的技术方案的进一步特征在于，所述的耐高温、耐腐蚀的低 损耗介质是蓝宝石、高阻硅、多孔硅、红宝石或高频陶瓷。
本发明的技术方案的进一步特征在于，所述的高导电率的金属材料 是金或铜。
本发明的技术方案的进一步特征在于，调谐电容4是叉指电容。
本发明的技术方案的进一步特征在于，微带螺旋电感线圈3的外径、 线宽w、匝间距s和匝数n分别为4mm、50μm、40μm和3，所述的小 功率微波等离子体源的谐振频率和品质因数Q分别为2.48GHz和500。
本发明的技术方案的进一步特征在于，该等离子体源为自谐结构的 小功率微波等离子体源，过渡微带线2和调谐电容4合併成过渡微带线 2。
本发明的小功率微波等离子体源有以下优点：
1、微带螺旋电感耦合实现微波等离子体源的小型化。
2、电路品质因数高，有利于微波等离子体的激励，输入微波功率 小至200mW，就能激励起稳定的微波等离子体。
3、能很好地实现电路的调谐和调配，等离子体激励的效率高。
附图说明
图1是小功率微波等离子体源的俯视结构示意图，其中1是馈电同 轴，2是过渡微带线，3是微带螺旋电感线圈，4是调谐电容，5是调配 电容，20是基片，31是微带螺旋电感线圈3的始端，32是微带螺旋电 感线圈3的终端，51是调配电容5的上极片，X-X是纵剖截面线。
图2是小功率微波等离子体源在X-X纵剖截面线处的纵剖截面图， 其中10是接地平面，33是芯柱，34是外套，52是调配电容5的下极片。
图3是自谐结构的小功率微波等离子体源的俯视结构示意图，其中， 过渡微带线2和调谐电容4合併成过渡微带线2。
图4是小功率微波等离子体源气体放电的试验装置示意图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，现结合附图和实施例进行进一步说明本发明 的技术方案。所有实施例具有与上文“发明内容”所述的小功率微波等离 子体源完全相同的结构。每个实施例仅罗列技术数据的优化值。
实施例1本实施例具有与上述的小功率微波等离子体源完全相同 的结构，见图1和图2。试验装置的布置示于图4
所述的耐高温、耐腐蚀的低损耗介质是介电常数和厚度分别为2.5 和0.6mm的高频陶瓷，所述的高导电率的金属材料是铜，调谐电容4 是叉指电容，微带螺旋电感线圈3的外径、线宽w、匝间距s和匝数n 分别为4mm、50μm、40μm和3，所述的小功率微波等离子体源的谐振 频率和品质因数Q分别为2.48GHz和500，联用的微波源的输出信号的 频率和功率分别为2.48GHz和458mW。
如所述的耐高温、耐腐蚀的低损耗介质采用蓝宝石、高阻硅、多孔 硅或红宝石，可得到性能与实施例1的性能差不多的小功率微波等离子 体源。
试验时，玻璃管60罩住微带螺旋电感线圈3，对玻璃管60抽真空 64，用环氧胶61密封玻璃管60与微带螺旋电感线圈3的接缝。联用的 微波源的输出信号由电缆62输入，经馈电同轴1的芯柱33和外套34 馈加在调配电容5的两端。在真空度和联用的微波源输出信号的功率分 别为5Pa和大于200mW的条件下，玻璃管60内的空气开始放电，激励 起稳定的微波等离子体63。
实施例2本实施例是自谐结构的小功率微波等离子体源，具有与上 述的自谐结构的小功率微波等离子体源完全相同的结构，见图3。试验 装置的布置示于图4。
所述的耐高温、耐腐蚀的低损耗介质是介电常数和厚度分别为2.5 和0.6mm的高频陶瓷，所述的高导电率的金属材料是铜，过渡微带线2 和调谐电容4合併成过渡微带线2，微带螺旋电感线圈3的外径、线宽 w、匝间距s和匝数n分别为4mm、50μm、40μm和3，所述的小功率 微波等离子体源的谐振频率和品质因数Q分别为2.48GHz和500，联用 的微波源的输出信号的频率和功率分别为2.48GHz和458mW。
如所述的耐高温、耐腐蚀的低损耗介质采用蓝宝石、高阻硅、多孔 硅或红宝石，可得到性能与实施例1的性能差不多的小功率微波等离子 体源。
试验装置的布置和操作与实施例1的完全相同，这里就不再赘述。
工作原理。本发明的技术方案确保所述的小功率微波等离子体源是 一个品质因数(Q)值很高的谐振器。实施例1和实施例2就是这样的 小功率微波等离子体源，它们工作时，只要联用的微波源输出信号的频 率与它们的谐振频率相等或接近，它们的反射系数减小，联用的微波源 的微波输出功率的大部分进入所述的微波等离子体源中。当所述的微波 功率大于一定的气体压力下的微波放电功率时，气体开始放电。气体是 空气、氮气或惰性气体。
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