BR112014004654B1 - Fonte de plasma, dispositivo com uma pluralidade de fontes de plasma e processo para a geração de um plasma - Google Patents

Abstract

fonte de plasma. a presente invenção refere-se a uma fonte de plasma que está disposta de modo flutuante em uma câmara de vácuo, no qual a fonte de plasma abrange um alojamento de fontes e no alojamento de fontes está previsto um filamento disposto isolado do mesmo, no qual estão previstos meios para a medição da queda de potencial entre o alojamento de fontes e o filamento. a queda de potencial medida pode ser utilizada para a regulagem da voltagem de aquecimento do filamento. de acordo com a invenção estão previstos os respectivos meios.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a uma fonte de plasma. Além disso, a tradução refere-se a um processo para a geração de um plasma por meio de uma descarga termiônica.

[0002] Neste caso, um filamento é aquecido por meio de uma cor rente, o que leva à emissão de elétrons a partir da superfície aquecida do filamento. A emissão de elétrons a partir de superfícies aquecidas segue a lei descrita pela primeira vez por Richardson:

[0003] no qual J é a densidade da corrente, T é a temperatura e W o trabalho de emissão dos elétrons.

[0004] Quando a superfície do filamento atinge uma temperatura, a qual é superior a cerca de 2900 K para tungstênio, são emitidos suficientes elétrons a partir da superfície de modo que com a ajuda da qual, logo que, em razão de uma tensão, estejam suficientemente acelerados, o gás argônio, em tal contexto, possa ser ionizado de modo que um plasma permaneça conservado.

[0005] De acordo com o nível da técnica, o aquecimento do filamento é efetuado através de uma intensidade corrente constante. Na aplicação da tensão de corrente alternada, geralmente, o valor efetivo da corrente é regulado através de um controle de mudança de fase. Em operações sob altas temperaturas, o material do filamento evapora-se (por exemplo, tungstênio) por meio do qual fica reduzido o diâmetro do fio do filamento. A seguir aumenta a resistência do filamento definida pelo fio. Em uma corrente constante de aquecimento, isso conduz a um aquecimento mais forte e, assim, a evaporação acelerada do material do filamento. Em um curto período de tempo chega a ocorrer uma fusão completa. A figura 1a apresenta o diâmetro do filamento em função da duração da operação em uma corrente constante de aquecimento. De modo correspondente, a figura 1b apresenta a temperatura do filamento em função da duração da operação em uma corrente constante de aquecimento. Neste caso, é claramente visível que após uma diminuição inicialmente constante do diâmetro do fio ocorre uma rápida queima do filamento (pinch through effect).

[0006] A presente invenção tem por objetivo indicar um processo com o qual possa ser evitada tal queima rápida e assim possa ser aumentada a duração da operação, isto é, a vida útil do filamento.

[0007] Em sua tentativa de aumentar a vida útil, por um lado, os inventores verificaram que em temperatura mantida constante do fio do filamento, o diâmetro do fio diminui em uma taxa quase constante. A figura 3 apresenta o desenvolvimento do diâmetro do fio em função da duração de operação do filamento, com constante temperatura e para a comparação, uma medição com intensidade constante de corrente.

[0008] Em seus experimentos, por outro lado, os inventores verificaram, de um modo surpreendente que, em uma operação com constante queda de tensão entre o filamento e o plasma, a temperatura do filamento permanece quase constante e que a taxa de evaporação até decresce com a diminuição dos diâmetros de filamentos.

[0009] Portanto, de acordo com a invenção, o filamento não é operado com intensidade constante de corrente mas é operado com tensão constante.

[00010] Agora a invenção será descrita em pormenores, por meio de exemplos e com base nas figuras. A figura 4 apresenta uma fonte de plasma de acordo com o nível da técnica e que está disposta em uma câmara de vácuo 1. A fonte de plasma abrange um alojamento de fontes 3 com uma entrada 5 para o gás Argônio. No alojamento de fontes s 3 está previsto um filamento 9 o qual está conectado a um transformador 13 através de passagens isoladas 11 do alojamento de fontes 3. O filamento 9, no exemplo, consiste de um fio de tungstênio com 2 mm de espessura. No exemplo, o transformador é operado com uma tensão de corrente alternada com 50Hz. Por meio do filamento 9 flui uma corrente de aquecimento de aproximadamente 200A. Caso a superfície 9 alcance uma temperatura superior a 2900 K são emitidos elétrons suficientes a partir da superfície do filamento os quais, mediante a aplicação de uma tensão de descarga por meio da fonte de tensão 15 entre a câmara de vácuo 1 e o transformador 13 que, através da passagem 5, pode ionizar o gás argônio que flui na parte interna do alojamento de fontes 3. A ignição da descarga, no primeiro momento, ocorre através de uma resistência a qual conecta o alojamento da fonte 3 com a massa (não representada). Caso estejam disponíveis suficientes portadoras de carga, deste modo, a corrente de descarga pode ser conduzida pela abertura 17 (também denominada de orifício) para a câmara de vácuo 1.

[00011] Agora, de acordo com a invenção, conforme apresentado na figura 5, o alojamento de fontes é eletricamente isolado por meio do isolamento 7 disposto na câmara de vácuo 1 e é efetuada a medição da tensão entre o potencial flutuante mantido no alojamento de fontes 3 e a linha de alimentação para o filamento 9. O filamento 9 é aquecido por meio de uma corrente I. No filamento há uma queda de uma tensão Vheiz, a qual pode ser ajustada por meio de um transformador 13. Após o corpo de fonte 3 ser montada eletricamente flutuante, de acordo com a invenção, pode ser efetuada a medição do potencial entre a linha de alimentação designada como cátodo e o alojamento de fontes como característica para o estado da queda de potencial entre o filamento 9 e o plasma 19 submetido à ignição no interior do alojamento de fontes e, deste modo, ser avaliados para o estado de emissão de elétrons a partir do filamento. De acordo com a invenção, este estado é mantido, substancialmente, constante, por exemplo, por meio de regulagem da tensão de aquecimento Vheiz. Portanto, a medição de Vfloat permite a manutenção do melhor estado possível para conservar a emissão de elétrons. Deste modo, a temperatura do filamento pode ser mantida a melhor possível. Melhor possível neste contexto quer dizer que nesta temperatura da taxa de evaporação do material do filamento é aceitavelmente baixa, no entanto, suficientemente alta para assegurar uma alta emissão de elétrons suficiente para a conservação do plasma. Deste modo, a vida útil do filamento, isto é, a duração, em relação ao nível da técnica, é consideravelmente aumentada.

[00012] De acordo com uma forma de configuração da presente invenção, as disposições das fontes de plasma para o aquecimento e as corrosões do plasma por substratos abrangen uma pluralidade de fontes de plasma que funcionam de acordo com o princípio da emissão termoiônica. Os filamentos das fontes de plasma são aquecidos por meio de tensões aplicadas, por meio do qual, de acordo com a invenção, as tensões aplicadas são reguladas de modo que a tensão entre o filamento e o alojamento de fontes flutuantes atinge, de preferência, um valor substancialmente constante entre 0V e -10V.

[00013] De preferência, o aquecimento é efetuado através de uma fonte chaveada. De acordo com esta forma de configuração, em cada uma das fontes de plasma individuais estão previstas bobinas de fontes. O plasma na câmara de tratamento é distribuido através da combinação do campo magnético de uma bobina externa e os campos magnéticos das bobinas das fontes através de um nível de tratamento. A câmara de tratamento e/ou um ânodo flutuante efetuado isoladamente pode atuar como ânodo e descarga.

[00014] De acordo com outra forma de configuração da presente invenção, o transformador 13 é substituido por uma assim chamada fonte chaveada 21, conforme apresentado na figura 6. Este tipo de fonte chaveada 21 abrange um núcleo de ferrita 23, em torno do qual estão enrolados enrolamentos de uma bobina primária 25 (mostrados somente para uma parte dos núcleos de ferrita), enquanto as linhas adutoras ao filamento, por exemplo, formam apenas um laço. De acordo com a invenção, em ambas as linhas adutoras ao filamento está previsto um núcleo de ferrita e a tensão de descarga Udisc é aplicada centralmente no lado oposto ao filamento 9. Deste modo, isto é, com o auxílio da fonte chaveada é colocada em prática uma fonte de plasma muito pequena e compacta.

Claims (6)

1. Fonte de plasma em uma câmara de vácuo (1) para a geração de um plasma (19) na câmara de vácuo (1), sendo que a fonte de plasma compreende um alojamento de fontes (3) com uma abertura (17) que se projeta para o interior da câmara de vácuo (1) e, no alojamento de fontes (3), está previsto um filamento (9), ao qual pode ser aplicada uma tensão de aquecimento (Vheiz) através de condutores elétricos conduzidos isoladamente através do alojamento de fontes (3), de modo que o filamento (9) pode ser aquecido por meio de um fluxo de corrente, sendo que o alojamento de fontes (3) está disposto na câmara de vácuo (1) de modo eletricamente isolado, caracterizado pelo fato de que estão previstos meios, os quais permitem a medição da queda de tensão Ufloat entre o condutor elétrico ao filamento (9) e o alo-jamento de fontes (3) como característica para o estado da queda de potencial entre o filamento (9) e o plasma (19) submetido à ignição no interior do alojamento de fontes (3), e estão previstos meios para a regulagem da tensão de aquecimento (Vheiz), os quais estão configurados de modo que eles podem processar como sinal de ajuste do valor Ufloat medido, de modo que a queda de tensão Ufloat possa ser mantida constante e, assim, a temperatura do filamento (9) pode ser mantida constante.

2. Dispositivo com uma pluralidade de fontes de plasma, como definidas na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fontes de plasma são, respectivamente, circundadas por pelo menos uma bobina de fontes e as fontes de plasma são circundadas por uma bobina externa que compreende várias fontes de plasma, de modo que o plasma (19) pode ser distribuído na câmara de tratamento sobre o nível de tratamento.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac- terizado pelo fato de que a tensão de aquecimento é alimentada por meio de pelo menos uma fonte chaveada (21), a qual preferencialmente compreende um núcleo de ferrita (23), em torno do qual são enrolados enrolamentos de uma bobina primária (25), sendo que preferencialmente uma tensão de descarga Udisc necessária para a descarga é aplicada centralmente em relação ao filamento (9) a no lado oposto ao filamento (9).

4. Processo para a geração de um plasma (19) em uma câmara de vácuo (1), caracterizado pelo fato de que na câmara de vácuo (1) está disposta uma fonte de plasma, como definida na reivindicação 1, e para a conservação do plasma (19), o alojamento de fontes (3) em relação à câmara de vácuo (1) e o filamento (9) é mantido a um potencial elétrico flutuante, isto é, mantido flutuante e sendo que, para a conservação do plasma (19), é medida a queda de potencial entre o filamento (9) e o alojamento de fontes (3), no interior do qual está um plasma (19) em ignição, e a queda de potencial medidaé utilizada para o ajuste de uma tensão de aquecimento aplicada ao filamento (9), sendo que a tensão de aquecimento dá origem a uma corrente que aquece o filamento (9) e, deste modo, a uma emissão de elétrons.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a tensão de aquecimento é ajustada de modo que a queda de potencial entre o alojamento de fontes (3) e o filamento (9) é mantida constante.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a queda de potencial entre o alojamento de fontes (3) e o filamento (9) é mantida a valores entre 0 V e -10 V.

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