阵列式矩形腔微波等离子发生器

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体地说涉及阵列式矩形腔微波等离子发生器。

背景技术

现有的微波等离子体产生装置，其原理都是借助高频振荡的电磁波将工艺气体激发为等离子体。工业生产中常常需要密度高，均匀性好和稳定性强的等离子体源。现有的微波等离子体产生装置所产生的等离子体量少，均匀性差，稳定性不足，在薄膜材料沉积和表面处理等领域已无法达到工业生产要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供阵列式矩形腔微波等离子发生器，拟解决现有的微波等离子体产生装置所产生的等离子体量少，均匀性差，稳定性不足等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

阵列式矩形腔微波等离子发生器，包括矩形腔外壳1、第一辐射线组2和第二辐射线组3；所述第一辐射线组2和第二辐射线组3设在矩形腔外壳1内；所述第一辐射线组2和第二辐射线组3均包括若干个辐射线；所述第一辐射线组2的辐射线从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁延伸；所述第二辐射线组3的辐射线从矩形腔外壳1的右侧壁向矩形腔外壳1的左侧壁延伸；所述第一辐射线组2的辐射线和第二辐射线组3的辐射线依次交叉。由上述结构可知，矩形腔外壳1的内部空腔是一个长方体空腔，所述第一辐射线组2和第二辐射线组3设在矩形腔外壳1内产生均匀的强电场使工艺气体激发大量的等离子体。由于第一辐射线组2和第二辐射线组3均包括若干个辐射线，比单一的辐射线产生的电场所激发的等离子体多。因为单一的辐射线产生的强电场集中在辐射线周围，所以等离子体量少，而且不均匀。从辐射线起始端向末端，电场强递减，所以激发的等离子体不均匀，无法满足后续工艺的要求。本发明的阵列式矩形腔微波等离子发生器，第一辐射线组2的辐射线电场强从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁递减，但是第二辐射线组3的辐射线电场强从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁递增，由于第一辐射线组2的辐射线和第二辐射线组3的辐射线依次交叉，即相邻的两个辐射线是一左一右设置的，从而使整个矩形腔外壳1内部的电场强叠加后呈现一个均匀的强电场分布，可以激发大量的等离子体，而且等离子体产生的非常均匀，可以满足后续工艺的等离子体的要求。

进一步的，每个辐射线对应有一个微波源4；所述矩形腔外壳1上设有进气口5和出气口6。由上述结构可知，辐射线包括圆柱外壳和内芯；内芯同轴设置在圆柱外壳内；圆柱外壳上开有若干个缝隙；若干个缝隙沿着圆柱外壳的起始端到末端，其数量从稀疏到密集，减缓辐射线从起始端向末端电场强度逐渐变弱的情况，使辐射线首尾电场强相对均匀些；微波源4馈入的微波进到辐射线的圆柱外壳和内芯之间，然后微波从圆柱外壳上的缝隙馈入矩形腔外壳1内，产生均匀的强电场。进气口5用于向矩形腔外壳1内持续输入工艺气体，工艺气体被均匀的强电场激发为大量的等离子体，然后大量的等离子体从出气口6排出，供后续工艺使用。

进一步的，所述矩形腔外壳1上设有玻璃观察口7。由上述结构可知，玻璃观察口7便于肉眼或者安装传感器探测矩形腔外壳1内部的等离子体激发情况以及零部件的工作情况。

进一步的，所述玻璃观察口7上安装有红外温度传感器。由上述结构可知，红外温度传感器通过玻璃观察口7可以探测矩形腔外壳1内部的温度情况。

进一步的，所述进气口5数量有若干个；若干个进气口5均布在矩形腔外壳1的底板上；所述出气口6数量有若干个；若干个出气口6均布在矩形腔外壳1的顶板上。由上述结构可知，若干个进气口5均布在矩形腔外壳1的底板上；若干个出气口6均布在矩形腔外壳1的顶板上。多个进气口5和出气口6，使得工艺气体的气流能够均匀注入矩形腔外壳1内，均匀产生大量的等离子体，然后大量的等离子体均匀排出。

进一步的，所述玻璃观察口7数量有若干个；每个辐射线一一正对有玻璃观察口7。由上述结构可知，多个玻璃观察口7可以全面掌握矩形腔外壳1内的反应情况。每个辐射线一一正对有玻璃观察口7，即通过辐射线对应的玻璃观察口7可以掌握辐射线的工作情况。

进一步的，所述矩形腔外壳1的前后侧壁上均设有玻璃观察口7，每个辐射线一一正对的玻璃观察口7设在矩形腔外壳1的顶板上。由上述结构可知，每个辐射线一一正对的玻璃观察口7设在矩形腔外壳1的顶板上，方便俯视观察每个辐射线的工作情况。矩形腔外壳1的前后侧壁上均设有玻璃观察口7，使观察矩形腔外壳1内时无死角。

进一步的，每个辐射线一一正对的玻璃观察口7上均安装有红外温度传感器。由上述结构可知，每个辐射线一一正对的玻璃观察口7上均安装有红外温度传感器，所以通过这些红外温度传感器，可以监测每个辐射线的温度，掌握每个辐射线的工作状况。

进一步的，还包括控制器和压力传感器；所述压力传感器用于监测矩形腔外壳1内的气压；若干个进气口5上均连有进气支管；所有进气支管共同连有进气总管；所述进气总管上设有电控流量调节阀；若干个出气口6上均连有出气支管；所有出气支管共同连有出气总管；所述出气总管上连有抽气泵；所述控制器分别和微波源4、电控流量调节阀、抽气泵、红外温度传感器、压力传感器电连接。由上述结构可知，控制器控制电控流量调节阀关闭，控制器控制抽气泵工作，抽气泵将矩形腔外壳1内部抽成负压，便于等离子体的激发。压力传感器监测矩形腔外壳1内的气压达到要求值范围后，控制器控制电控流量调节阀打开，工艺气体从进气总管分流至各进气支管，然后工艺气流均匀从进气口5进入矩形腔外壳1内，同时控制器控制抽气泵继续工作，保持工艺气流稳定流入流出，使矩形腔外壳1内的气压保持在要求值范围内，使工艺气体达到动态平衡。若压力传感器监测矩形腔外壳1内的气压超出要求值范围，则控制器控制抽气泵抽气加快，若压力传感器监测矩形腔外壳1内的气压低于要求值范围，则控制器控制抽气泵抽气变慢，使矩形腔外壳1内的气压保持在要求值范围内，抽气泵的电机为变频电机。控制器控制微波源4馈入的微波进到辐射线的圆柱外壳和内芯之间，然后微波从圆柱外壳上的缝隙馈入矩形腔外壳1内，产生均匀的强电场。进气口5用于向矩形腔外壳1内持续输入工艺气体，工艺气体被均匀的强电场激发为大量的等离子体，然后大量的等离子体从出气口6排出，供后续工艺使用。工艺气体激发成等离子体后从出气口6进入各出气支管，最后从出气总管排至后续工艺。各红外温度传感器，可以监测每个辐射线的温度，然后将温度信息传递给控制器，若控制器得到红外温度传感器传递的温度信息超过上限值，则控制器控制该红外温度传感器对应的辐射线的微波源关闭或降低功率或加大电控流量调节阀的开度加快工艺气流流动来降温，避免辐射线损坏，起到保护零部件的功能，使设备工作稳定可靠。控制器还可以控制个别微波源4加大功率，实现矩形腔外壳1内局部的电场强度的增加，满足特别需求。

进一步的，所述矩形腔外壳1的左侧壁外设有左箱体8；所述左箱体8用于容纳第一辐射线组2的辐射线对应的微波源4；所述矩形腔外壳1的右侧壁外设有右箱体9；所述右箱体9用于容纳第二辐射线组3的辐射线对应的微波源4；所述第一辐射线组2的辐射线对应的微波源4的电源接口和换热进出口设置在左箱体8侧壁上；所述第二辐射线组3的辐射线对应的微波源4的电源接口和换热进出口设置在右箱体9侧壁上；所述矩形腔外壳1的底部设有支架10；所述支架10用于使矩形腔外壳1的底板下方腾空。由上述结构可知，左箱体8起到保护第一辐射线组2的辐射线对应的微波源4的作用，右箱体9起到保护第二辐射线组3的辐射线对应的微波源4的作用。第一辐射线组2的辐射线对应的微波源4的电源接口和换热进出口设置在左箱体8侧壁上，第二辐射线组3的辐射线对应的微波源4的电源接口和换热进出口设置在右箱体9侧壁上，方便给微波源4供电和微波源4自带的降温用的换热管通入冷却水来换热。支架10用于使矩形腔外壳1的底板下方腾空，支架10对矩形腔外壳1起到支撑作用，也方便对进气口5接进气支管。

本发明的有益效果是：

本发明公开了阵列式矩形腔微波等离子发生器，第一辐射线组和第二辐射线组设在矩形腔外壳内；第一辐射线组和第二辐射线组均包括若干个辐射线；第一辐射线组的辐射线从矩形腔外壳的左侧壁向矩形腔外壳的右侧壁延伸；第二辐射线组的辐射线从矩形腔外壳的右侧壁向矩形腔外壳的左侧壁延伸；第一辐射线组的辐射线和第二辐射线组的辐射线依次交叉。本发明的阵列式矩形腔微波等离子发生器，采用均匀辐射线的阵列设计，实现大面积矩形腔内均匀放电，腔体内场强分布均匀，优化的2-4路进气设计，气流流动均匀，具有温度监控、适时进行微波功率调整和气体流速调整的功能以及辐射线保护的功能，能够大面积产生等离子体，效率高、均匀性和稳定性好，方便观察内部放电情况，也可基于实际需求，结合磁场约束和阵列分布，实现局部等离子体增强。持续的微波等离子体用于化学气相法沉积大面积镀膜，包括石墨烯、碳纳米管、金刚石薄膜和氮化硅薄膜等；亦可用于电路板或晶圆的清洗、表面强化和表面改性等。

附图说明

图1是本发明整体三维结构示意图；

图2是本发明整体正视结构示意图；

图3是本发明整体三维的矩形腔外壳去掉顶板的结构示意图；

图4是辐射线结构示意图；

附图中：1-矩形腔外壳、2-第一辐射线组、3-第二辐射线组、4-微波源、5-进气口、6-出气口、7-玻璃观察口、8-左箱体、9-右箱体、10-支架。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。

实施例一：

见附图1～4。阵列式矩形腔微波等离子发生器，包括矩形腔外壳1、第一辐射线组2和第二辐射线组3；所述第一辐射线组2和第二辐射线组3设在矩形腔外壳1内；所述第一辐射线组2和第二辐射线组3均包括若干个辐射线；所述第一辐射线组2的辐射线从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁延伸；所述第二辐射线组3的辐射线从矩形腔外壳1的右侧壁向矩形腔外壳1的左侧壁延伸；所述第一辐射线组2的辐射线和第二辐射线组3的辐射线依次交叉。由上述结构可知，矩形腔外壳1的内部空腔是一个长方体空腔，所述第一辐射线组2和第二辐射线组3设在矩形腔外壳1内产生均匀的强电场使工艺气体激发大量的等离子体。由于第一辐射线组2和第二辐射线组3均包括若干个辐射线，比单一的辐射线产生的电场所激发的等离子体多。因为单一的辐射线产生的强电场集中在辐射线周围，所以等离子体量少，而且不均匀。从辐射线起始端向末端，电场强递减，所以激发的等离子体不均匀，无法满足后续工艺的要求。本发明的阵列式矩形腔微波等离子发生器，第一辐射线组2的辐射线电场强从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁递减，但是第二辐射线组3的辐射线电场强从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁递增，由于第一辐射线组2的辐射线和第二辐射线组3的辐射线依次交叉，即相邻的两个辐射线是一左一右设置的，从而使整个矩形腔外壳1内部的电场强叠加后呈现一个均匀的强电场分布，可以激发大量的等离子体，而且等离子体产生的非常均匀，可以满足后续工艺的等离子体的要求。

实施例二：

见附图1～4。阵列式矩形腔微波等离子发生器，包括矩形腔外壳1、第一辐射线组2和第二辐射线组3；所述第一辐射线组2和第二辐射线组3设在矩形腔外壳1内；所述第一辐射线组2和第二辐射线组3均包括若干个辐射线；所述第一辐射线组2的辐射线从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁延伸；所述第二辐射线组3的辐射线从矩形腔外壳1的右侧壁向矩形腔外壳1的左侧壁延伸；所述第一辐射线组2的辐射线和第二辐射线组3的辐射线依次交叉。由上述结构可知，矩形腔外壳1的内部空腔是一个长方体空腔，所述第一辐射线组2和第二辐射线组3设在矩形腔外壳1内产生均匀的强电场使工艺气体激发大量的等离子体。由于第一辐射线组2和第二辐射线组3均包括若干个辐射线，比单一的辐射线产生的电场所激发的等离子体多。因为单一的辐射线产生的强电场集中在辐射线周围，所以等离子体量少，而且不均匀。从辐射线起始端向末端，电场强递减，所以激发的等离子体不均匀，无法满足后续工艺的要求。本发明的阵列式矩形腔微波等离子发生器，第一辐射线组2的辐射线电场强从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁递减，但是第二辐射线组3的辐射线电场强从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁递增，由于第一辐射线组2的辐射线和第二辐射线组3的辐射线依次交叉，即相邻的两个辐射线是一左一右设置的，从而使整个矩形腔外壳1内部的电场强叠加后呈现一个均匀的强电场分布，可以激发大量的等离子体，而且等离子体产生的非常均匀，可以满足后续工艺的等离子体的要求。

每个辐射线对应有一个微波源4；所述矩形腔外壳1上设有进气口5和出气口6。由上述结构可知，辐射线包括圆柱外壳和内芯；内芯同轴设置在圆柱外壳内；圆柱外壳上开有若干个缝隙；若干个缝隙沿着圆柱外壳的起始端到末端，其数量从稀疏到密集，减缓辐射线从起始端向末端电场强度逐渐变弱的情况，使辐射线首尾电场强相对均匀些；微波源4馈入的微波进到辐射线的圆柱外壳和内芯之间，然后微波从圆柱外壳上的缝隙馈入矩形腔外壳1内，产生均匀的强电场。进气口5用于向矩形腔外壳1内持续输入工艺气体，工艺气体被均匀的强电场激发为大量的等离子体，然后大量的等离子体从出气口6排出，供后续工艺使用。

实施例三：

见附图1～4。阵列式矩形腔微波等离子发生器，包括矩形腔外壳1、第一辐射线组2和第二辐射线组3；所述第一辐射线组2和第二辐射线组3设在矩形腔外壳1内；所述第一辐射线组2和第二辐射线组3均包括若干个辐射线；所述第一辐射线组2的辐射线从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁延伸；所述第二辐射线组3的辐射线从矩形腔外壳1的右侧壁向矩形腔外壳1的左侧壁延伸；所述第一辐射线组2的辐射线和第二辐射线组3的辐射线依次交叉。由上述结构可知，矩形腔外壳1的内部空腔是一个长方体空腔，所述第一辐射线组2和第二辐射线组3设在矩形腔外壳1内产生均匀的强电场使工艺气体激发大量的等离子体。由于第一辐射线组2和第二辐射线组3均包括若干个辐射线，比单一的辐射线产生的电场所激发的等离子体多。因为单一的辐射线产生的强电场集中在辐射线周围，所以等离子体量少，而且不均匀。从辐射线起始端向末端，电场强递减，所以激发的等离子体不均匀，无法满足后续工艺的要求。本发明的阵列式矩形腔微波等离子发生器，第一辐射线组2的辐射线电场强从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁递减，但是第二辐射线组3的辐射线电场强从矩形腔外壳1的左侧壁向矩形腔外壳1的右侧壁递增，由于第一辐射线组2的辐射线和第二辐射线组3的辐射线依次交叉，即相邻的两个辐射线是一左一右设置的，从而使整个矩形腔外壳1内部的电场强叠加后呈现一个均匀的强电场分布，可以激发大量的等离子体，而且等离子体产生的非常均匀，可以满足后续工艺的等离子体的要求。

每个辐射线对应有一个微波源4；所述矩形腔外壳1上设有进气口5和出气口6。由上述结构可知，辐射线包括圆柱外壳和内芯；内芯同轴设置在圆柱外壳内；圆柱外壳上开有若干个缝隙；若干个缝隙沿着圆柱外壳的起始端到末端，其数量从稀疏到密集，减缓辐射线从起始端向末端电场强度逐渐变弱的情况，使辐射线首尾电场强相对均匀些；微波源4馈入的微波进到辐射线的圆柱外壳和内芯之间，然后微波从圆柱外壳上的缝隙馈入矩形腔外壳1内，产生均匀的强电场。进气口5用于向矩形腔外壳1内持续输入工艺气体，工艺气体被均匀的强电场激发为大量的等离子体，然后大量的等离子体从出气口6排出，供后续工艺使用。

所述矩形腔外壳1上设有玻璃观察口7。由上述结构可知，玻璃观察口7便于肉眼或者安装传感器探测矩形腔外壳1内部的等离子体激发情况以及零部件的工作情况。

所述玻璃观察口7上安装有红外温度传感器。由上述结构可知，红外温度传感器通过玻璃观察口7可以探测矩形腔外壳1内部的温度情况。

所述进气口5数量有若干个；若干个进气口5均布在矩形腔外壳1的底板上；所述出气口6数量有若干个；若干个出气口6均布在矩形腔外壳1的顶板上。由上述结构可知，若干个进气口5均布在矩形腔外壳1的底板上；若干个出气口6均布在矩形腔外壳1的顶板上。多个进气口5和出气口6，使得工艺气体的气流能够均匀注入矩形腔外壳1内，均匀产生大量的等离子体，然后大量的等离子体均匀排出。

所述玻璃观察口7数量有若干个；每个辐射线一一正对有玻璃观察口7。由上述结构可知，多个玻璃观察口7可以全面掌握矩形腔外壳1内的反应情况。每个辐射线一一正对有玻璃观察口7，即通过辐射线对应的玻璃观察口7可以掌握辐射线的工作情况。

所述矩形腔外壳1的前后侧壁上均设有玻璃观察口7，每个辐射线一一正对的玻璃观察口7设在矩形腔外壳1的顶板上。由上述结构可知，每个辐射线一一正对的玻璃观察口7设在矩形腔外壳1的顶板上，方便俯视观察每个辐射线的工作情况。矩形腔外壳1的前后侧壁上均设有玻璃观察口7，使观察矩形腔外壳1内时无死角。

每个辐射线一一正对的玻璃观察口7上均安装有红外温度传感器。由上述结构可知，每个辐射线一一正对的玻璃观察口7上均安装有红外温度传感器，所以通过这些红外温度传感器，可以监测每个辐射线的温度，掌握每个辐射线的工作状况。

还包括控制器和压力传感器；所述压力传感器用于监测矩形腔外壳1内的气压；若干个进气口5上均连有进气支管；所有进气支管共同连有进气总管；所述进气总管上设有电控流量调节阀；若干个出气口6上均连有出气支管；所有出气支管共同连有出气总管；所述出气总管上连有抽气泵；所述控制器分别和微波源4、电控流量调节阀、抽气泵、红外温度传感器、压力传感器电连接。由上述结构可知，控制器控制电控流量调节阀关闭，控制器控制抽气泵工作，抽气泵将矩形腔外壳1内部抽成负压，便于等离子体的激发。压力传感器监测矩形腔外壳1内的气压达到要求值范围后，控制器控制电控流量调节阀打开，工艺气体从进气总管分流至各进气支管，然后工艺气流均匀从进气口5进入矩形腔外壳1内，同时控制器控制抽气泵继续工作，保持工艺气流稳定流入流出，使矩形腔外壳1内的气压保持在要求值范围内，使工艺气体达到动态平衡。若压力传感器监测矩形腔外壳1内的气压超出要求值范围，则控制器控制抽气泵抽气加快，若压力传感器监测矩形腔外壳1内的气压低于要求值范围，则控制器控制抽气泵抽气变慢，使矩形腔外壳1内的气压保持在要求值范围内，抽气泵的电机为变频电机。控制器控制微波源4馈入的微波进到辐射线的圆柱外壳和内芯之间，然后微波从圆柱外壳上的缝隙馈入矩形腔外壳1内，产生均匀的强电场。进气口5用于向矩形腔外壳1内持续输入工艺气体，工艺气体被均匀的强电场激发为大量的等离子体，然后大量的等离子体从出气口6排出，供后续工艺使用。工艺气体激发成等离子体后从出气口6进入各出气支管，最后从出气总管排至后续工艺。各红外温度传感器，可以监测每个辐射线的温度，然后将温度信息传递给控制器，若控制器得到红外温度传感器传递的温度信息超过上限值，则控制器控制该红外温度传感器对应的辐射线的微波源关闭或降低功率或加大电控流量调节阀的开度加快工艺气流流动来降温，避免辐射线损坏，起到保护零部件的功能，使设备工作稳定可靠。控制器还可以控制个别微波源4加大功率，实现矩形腔外壳1内局部的电场强度的增加，满足特别需求。

所述矩形腔外壳1的左侧壁外设有左箱体8；所述左箱体8用于容纳第一辐射线组2的辐射线对应的微波源4；所述矩形腔外壳1的右侧壁外设有右箱体9；所述右箱体9用于容纳第二辐射线组3的辐射线对应的微波源4；所述第一辐射线组2的辐射线对应的微波源4的电源接口和换热进出口设置在左箱体8侧壁上；所述第二辐射线组3的辐射线对应的微波源4的电源接口和换热进出口设置在右箱体9侧壁上；所述矩形腔外壳1的底部设有支架10；所述支架10用于使矩形腔外壳1的底板下方腾空。由上述结构可知，左箱体8起到保护第一辐射线组2的辐射线对应的微波源4的作用，右箱体9起到保护第二辐射线组3的辐射线对应的微波源4的作用。第一辐射线组2的辐射线对应的微波源4的电源接口和换热进出口设置在左箱体8侧壁上，第二辐射线组3的辐射线对应的微波源4的电源接口和换热进出口设置在右箱体9侧壁上，方便给微波源4供电和微波源4自带的降温用的换热管通入冷却水来换热。支架10用于使矩形腔外壳1的底板下方腾空，支架10对矩形腔外壳1起到支撑作用，也方便对进气口5接进气支管。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。