Патент ссср 266106

Патент ссср 266106

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПЙСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

266606

Союа Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Кл. 21h, 16/30

Заявлено 2611,1968 (№ 1220784/26-25) Ъ с присоединением заявки №

Приоритет

МПК Н 05h

УДК 533.9.07:541.136. .138(088.8) Комитет по делам иаобретеиий и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 17.111.1970. Бюллетень № 11

Дата опубликования описания 28.ЧП.1970

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПЛАЗМАТРОЯ

Изобретение относится к источникам низкотемпературной плазмы и может быть использовано, например, при проведении химикотехнологических процессов.

Известны плазматроны, содержащие кварцевую трубку с патрубком для осевой или тангенциальной подачи газа и систему возбуждения электромагнитного поля.

Однако разработанные до сих пор СВЧплазматроны приспособлены для работы, в основном, в непрерывном режиме, а при использовании известных конструкций для работы от импульсного СВЧ-генератора необходимо применение специального дорогостоящего ферритового устройства для развязки плазматрона и СВЧ-генератора, так как во время возникновения и развития СВЧ-плазмы черезвычайно велико обратное отражение

СВЧ-энергии, которое может вывести СВЧгенератор из строя.

Для получения неравновесной плазмы при средних давлениях (50 — 100 лм рт. ст.) известно использование импульсного режима работы СВЧ-генератора с высокой частотой повторения импульсов. Но увеличение частоты повторения рабочих импульсов приводит к увеличению вклада в плазму средней мощности и, следовательно, ее черезмерному нагреву.

Цель изобретения — получение непрерывного ион изирова нного потока неравновесной плазмы, температура газа которой не превышает 200 — 500 С, позволяющего без отраже5 ния вкладывать СВЧ-энергию в разряд и избегать тем самым применения дорогостоящих развязывающих устройств, обеспечивающего одновременную работу плазматрона от импульсного и непрерывного СВЧ-генера10 торов. Одновременное вкладывание в плазму импульсной и непрерывной СВЧ-энергий позволяет получить высокую степень ионизации газа за счет большой величины импульсной мощности и увеличить время деионизации

15 плазмы за счет подогрева электронов плазмы от непрерывного СВЧ-генератора в паузе между импульсами. Увеличение времени деионизации при подогреве электронов происходит, во-первых, за счет того, что коэффициент

20 рекомбинации заряженных частиц очень быстро падает с ростом температуры электронов, а во-вторых, за счет продолжающейся в паузе ионизации нейтральных частиц.

В предлагаемом плазматроне коаксиально

25 с кварцевой трубой расположен круглый волновод, с внешней стороны которого через окно ввода подсоединен прямоугольной волновод так, что его широкая стенка перпендикулярна оси круглого волновода для воз30 буждения волны типа Ео от импульсного

З0

40

СВЧ-генератора. В плазматроне имеется и другой прямоугольный волновод с широкой стенкой, параллельной оси круглого волновода для возбуждения волны типа Н от непрерывного СВЧ-генератора. С целью согласования трактов и уменьшения отражения волны оба прямоугольных волновода размещены на некотором расстоянии один от другого по длине круглого волновода с одной его стороны. Окна ввода перекрыты металлическими проволочками для устранения перекрестного влияния волн. С противоположной стороны круглого волновода симметрично установлены идентичные волноводные секции с согласованными водяными нагрузками.

На фиг. 1 представлена схема СВЧ-плазматрона; на фиг. 2 — блок-схема СВЧ-установки.

Конструкция описываемого СВЧ-плазматрона представляет собой отрезок круглого волновода 1 с кварцевой трубкой 2 по оси, возбуждаемого на волне Е«при работе от импульсного СВЧ-генератора и на волне Н» при работе от непрерывного СВЧ-генератора.

Использование разных типов волн позволяет практически полностью развязать непрерывный и импульсный СВЧ-генераторы. Возбуждение волны Е«при помощи прямоугольного волновода 8, присоединяемого к круглому так, что его широкая стенка перпендикулярна оси круглого волновода.

Возбуждение волны Н>< производится при помощи прямоугольного волновода 4, присоединяемого к круглому так, что широкая стенка прямоугольного волновода палаллельна оси круглого. Оба ввода энергии расположены в одной плоскости один против другого, благодаря чему паразитная волна Н,ь возникающая при возбуждении волны Е«, не проникает в тракт непрерывного режима, так как плоскость поляризации паразитной волны

Н<> перпендикулярна плоскости поляризации специально возбуждаемой волны Ни в непрерывном режиме. Окна вводов перекрыты рядом металлических проволочек для уменьшения их возмущающего воздействия на другой тип волны. Длина круглого волновода выбирается из условия почти полного поглощения СВЧ-энергии, которое оценивается по измерениям мощности, проходящей в нагрузке, и зависит от рода используемого газа.

В концах волновода, противоположных вводам энергии, устанавливаются подобные же устройства вывода (б, б) энергии, к которым присоединяются согласованные водяные нагрузки. Последние служат для поглощения проходящей через плазматрон СВЧ-энергии во время развития разряда, благодаря чему обеспечивается малое отражение СВЧ-энергии от плазматрона. Выбор рабочих волн типа Е„и Ни обеспечивает малое отражение

СВЧ-энергии как до зажигания плазмы, так и после ее зажигания, благодаря легкости перехода волны Е» в коаксиальную волну

TEM и волны Н в коаксиальную волну

Нп после зажигания плазмы, постоянные распространения которых близки к постоянным распространениям волн Ео и Н» при выборе величины диаметра D круглого волновода так, чтобы рабочая длина волны была гораздо меньше критической волны. Разряд зажигается внутри кварцевой трубки 2, которая крепится в специальных полуволновых дросселях

7, 8, благодаря которым в области уплотнения достигается минимум электрического поля, что предотвращает искрения в этой области и нагрев уплотняющей резины. В принципе кварцевая трубка может быть заменена керамической, которая может быть припаяна к металлической конструкции. Ввод газа осуществляется через специальную головку 9 либо тангенциально, либо по оси, либо одновременно часть газа тангенциально, а часть по оси. Вывод газа происходит через сопла 10.

Разработанная установка использовалась для получения чистого кремния из тетрахлорсилана. Пары тетрахлорсилана вводились по оси плазматрона. Тангенциально вводится аргон.

Продукты разложения тетрахлорсилана— порошок чистого кремния, собираются на выходе сопла при помощи специального фильтра. Степень разложения тетрахлорсилана достигает 50 /О при температуре газа 200—

300 С.

Установка состоит из импульсного 11 и непрерывного 12 источников СВЧ-энергии, собственно плазматрона 18, устройств 14, 15 подачи исходных продуктов в плазматрон и устройства 1б сбора продуктов плазменно-химического процесса и форвакуумного насоса

17.

Предмет изобретения

1. Высокочастотный плазматрон, содержащий кварцевую трубку с патрубком для осевой или тангенциальной подачи газа и систему возбуждения электромагнитного поля, отличающийся тем, что, с целью получения непрерывного ионизированного потока неравновесной плазмы с температурой газа 200—

500 С, коаксиально с кварцевой трубой расположен круглый волновод, с внешней стороны которого через окно ввода подсоединен прямоугольный волновод так, что его широкая стенка перпендикулярна оси круглого волновода для возбуждения волны типа Ео от импульсного СВЧ-генератора, и другой прямоугольный волновод с широкой стенкой, параллельной оси круглого волновода для возбуждения волны типа Н от непрерывного

СВЧ-генератора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью согласования трактов и уменьшения волны, оба прямоугольных волновода размещены на некотором расстоянии один от другого по длине круглого волновода с одной его стороны, окна ввода перекрыты ме2661 0о

/О Я

Фиг, 1

Составитель В. П. Кононов

Редак гор Н. Д. Воликова Техред А. А. Камышникова Корректор А. И. Зимина

Заказ 1929 8 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 415

Типография, пр. Сапунова, 2 таллическими проволочками для устранения перекрестного влияния волн, а с противоположной стороны круглого волновода симметрично установлены идентичные волноводные секции с согласованными водяными нагрузкамии.