CN104284506B - 具有微带谐振器的等离子体产生装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种等离子体产生装置、一种包括等离子体产生装置的系统、以及一种产生等离子体和真空UV(VUV)光子的方法。在代表性实施例中，等离子体产生装置包括：衬底，其具有第一表面和第二表面；谐振环形结构，其布置在所述衬底的第一表面上，所述谐振环形结构具有被选择以支持具有沿谐振环形结构的长度的一个以上电场最大值的至少一个驻波的尺寸；接地平面，其布置在所述衬底的第二表面上；以及设备，其配置成在所述电场最大值的位置提供气体。

Description

具有微带谐振器的等离子体产生装置
背景技术
等离子体是气体收集离子、中性原子或分子、以及自由电子。等离子体是导电的，因为无束缚的带电粒子很容易耦合至电磁场。尽管“等离子体”一词的定义可以不同，但其通常包括“集体”行为的一些元素，这意味着任何一个带电粒子可以与等离子体中的大量其他带电粒子相互作用。
等离子体在质谱应用中可被用作光源。例如，微等离子体光电离(MPPI)源可用于质谱仪来提供紫外(UV)光以(光)电离分析物分子。光电离可以通过使用基于等离子体的灯来实现，其中光由于激发稀有气体原子而被产生。所发射的UV光可以是基于气体组合物的多种波长。
有必要提高从等离子体UV源所发射的辐射的功率。饱和限制往往通过使用单个RF/微波等离子体源而达到；提高RF功率实现在输出UV辐射功率中的减少的返回。尽管可以提供RF/微波功率给多个等离子体产生装置来提供增加的UV输出，但是其它的缺点使此选项没有吸引力。例如，需要复合源和复馈，从而产生更加复杂且较昂贵的UV源。此外，每个部件的谐振频率不一定被调谐至输入RF/微波功率源的频率。由于每个部件可以具有不同的谐振频率，所以每个成分将需要其自身指定的RF/微波功率源，并且需要多个连接。这会导致更复杂的结构来从MPPI实现更强大的UV输出。这种复杂性增加了MPPI的成本和尺寸。
因此，所需要的是至少克服上述已知的UV光源的不足和缺点的等离子体产生装置。
附图说明
参照附图，结合下面的详细说明，可以最佳地理解代表性实施例。需要强调的是各个特征并非一定按比例绘制。实际上，为了清楚起见，可以任意增加或减少尺寸。根据适用性和实用性，类似的附图标记指代类似的元件。
图1是包括根据代表性实施例的等离子体产生装置的系统的简化的示意性框图。
图2是根据代表性实施例的等离子体产生装置的透视图。
图3是表示沿着根据代表性实施例的谐振环在谐振的驻波的电场强度的顶视图。
图4A示出了在靠近根据代表性实施例的电极延伸的区域的电场线和幅度。
图4B示出了在靠近根据代表性实施例的电极延伸的区域的电场线和幅度。
图5是根据代表性实施例的等离子体产生装置的顶视图。
图6是根据代表性实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，为了解释而不是限制的目的，对公开具体细节的代表性实施例进行了阐述，以便提供对本教导的全面理解。公知的装置、材料及制造方法的描述可被省略，以避免混淆本示例实施例的描述。然而，根据代表性实施例，可以使用在本领域普通技术人员的能力范围内的这样的装置、材料及方法。此外，应当理解的是，附图中所示的电气部件和连接的各种配置是说明性的，且因此可以在不脱离本教导范围的情况下变化。
本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并非旨在是限制性的。除了已定义术语的技术、科学、或通常的含义，所定义的术语如在有关上下文中一般性地理解和接受。
术语“一”、“一个”以及“特指的那个”包括单数和复数对象，除非上下文另有明确规定。因此，例如，“一装置”包括一个装置和多个装置。术语“基本”或“基本上”是指在可接受的限度或程度之内。术语“约”是指对本领域普通技术人员来说可接受的限度或量。
相对术语比如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”、“上部”和“下部”可以用来描述各个元件的相互关系，如在附图中所示。除了在附图中所示的方位之外，这些相对术语旨在涵盖装置和/或元件的不同方位。例如，如果装置相对于附图中的视图倒置，则例如描述为在另一元件“上方”的元件现在将在该元件的下方。
一般而言，且结合代表性实施例如下所述，本教导针对一种等离子体产生装置、一种包括等离子体产生装置的系统、以及一种产生等离子体和真空UV(VUV)光子的方法。在代表性实施例中，所述等离子体产生装置包括：衬底，其具有第一表面和第二表面；谐振环形结构，其布置在所述衬底的第一表面上，所述谐振环形结构具有被选择以支持具有沿谐振环形结构的长度的一个以上电场最大值的至少一个驻波的尺寸；接地平面，其布置在所述衬底的第二表面上；以及设备，其配置成在所述电场最大值的位置提供气体。
从本公开的评述中要理解的是，代表性实施例的谐振环形结构和谐振环是“闭环”结构(圆形、椭圆形、矩形等，如下文所述)，其配置成建立在其上具有一个以上电场最大值的一个或多个驻波。除其他区别外，代表性实施例的谐振环形结构和谐振环不同于其他公知的装置，这些其他公知的装置要么是开环谐振器(例如，开口环谐振器)、具有间隙的线性阵列的这种谐振器，要么是线性微带谐振器。
除其它应用外，等离子体产生装置、系统和方法被考虑用在气相色谱(GC)-质谱(MS)应用中。本领域普通技术人员可理解的是，对于GC-MS应用来说，期望实现电离的分子的最高的可能分数。本教导的等离子体产生装置、系统和方法促进分析物的更完整的电离。值得注意的是，电离穿过VUV辐射区域的分析物分子的分数可以表示为ηPI≈σPIIhvTi，其中ηPI是光电离分数，σPI是光电离横截面，Ti是在电离区域中的分子的平均停留时间，以及Ihv是VUV光强度。由于σPI是给定分子的固定的固有属性且Ti主要由通常在狭窄范围的值上变化的柱流速确定，所以有必要提供更高的VUV强度(Ihv)来实现较高的电离分数。代表性实施例的等离子体产生装置提供具有多个光源的单一等离子体装置。有利的是，本教导的等离子体产生装置在光电离区域提供相对较高水平的VUV光强度，并且仅需要单一的微波源馈给等离子体产生装置。此外，微波功率被消耗在相对较大的面积/体积上，从而可以使用更高的微波输入功率。
图1是包括等离子体产生装置101的系统100的简化示意框图。说明性地，等离子体产生装置101包括结合以下代表性实施例所述的等离子体产生装置。系统100还包括电源102，其说明性地是RF/微波功率源。电源102提供电磁辐射，其具有的频率基本上等于等离子体发生装置101的谐振环形结构或谐振环的谐振频率。通过示例，所述电源提供在约1W与约50W之间的电磁辐射，频率在约1GHz与约20GHz之间。
系统100还包括气体源103，其提供气体用于在等离子体产生装置101中击发(strike)等离子体。来自气体源103的气体通过气体馈给管线104被提供给等离子体产生装置101。虽然各种气体被考虑，但是一般而言，从该气体源所提供的气体是惰性气体，比如氩(Ar)或氦(He)。所选择的气体可以在流动的配置中被输送，其中随着气体流出该系统，具有气体的恒定补充，或者在静态的填充配置中被输送，其中气体或被输送至单独的等离子体约束结构且然后被密封在其中，或被设置为等离子体产生装置驻留在其中的较大密闭容器内的环境气体。
图2示出了根据代表性实施例的等离子体产生装置200的透视图。等离子体产生装置200包括衬底201，其具有第一表面202和第二表面203(其与第一表面202相对)。谐振环形结构204布置在衬底201的第一表面202上，以及接地平面(未示出)设置在衬底201的第二表面203上。如下面更全面地所述，谐振环形结构204具有选择的以支持具有沿着其周长的一个以上电场最大值的至少一个驻波的尺寸。
等离子体产生装置200还包括开口205，其连接至气体源(未示出)，开口205配置成在电场最大值的位置提供气体(例如惰性气体)。在目前所描述的代表性实施例中，有四个电场最大值位于沿着谐振环形结构204的周长，因此具有四个开口配置成提供气体。需要强调的是，击发如在目前所描述的代表性实施例中的四个等离子体仅是说明性的，并且多于或少于四个等离子体的击发由代表性实施例的教导的延伸实现。
多个结构206设置在电场最大值的相应位置上。结构206每个都包括基座207及布置在基座207上的盖209。值得注意的是，基座207仅在四个结构之一中完全可见，其中为了便于描述已将盖209去除。本领域普通技术人员可理解的是，结构206可以由对于其中所产生的等离子体的发射波长范围(例如，VUV)基本上透明的材料制成。然而，这不是必需的。更确切地说，结构206可以由对于UV光不透明的材料制成。例如，UV光可从等离子体或通过在结构206中的开放孔208或通过结构206中的UV-透明窗口(未示出)发射。孔208说明性地从每个结构206指向径向向内，从而使来自每个等离子体的光有助于在等离子体产生装置200的中心的总强度。孔208的尺寸、通过衬底201中开口馈给的气体的流速、以及环境压力决定了结构内部的压力，其可被优化用于最大的UV输出。对于使用UV-透明窗口的情况，UV透明材料通常将是氟化钙或氟化镁。
当多个结构206设置有对应的开口205(其中每个在电场最大值的位置连接至气体源(未示出))时，等离子体没有必要在每个结构206被击发。具体地，可能有用的是在比结构206的数量更少击发等离子体，并且本教导设想仅在结构206之一击发等离子体。这可以通过不向所有(在本代表性实施例中，共有四个)结构206提供气体来实现，但是有仅尽可能多的所需的等离子体。可替代地，为了效率，谐振环形结构204可被选择成激发具有带有两个电场最大值的一个驻波的模式。具有用于提供气体来击发等离子体的开口205的结构206布置在电场最大值之一的附近。这样，仅一个电场最大值将不会被用于击发等离子体，从而减少损失并提高等离子体产生装置200的效率。
除其它功能外，结构206限制来自从其中产生等离子体的气体源(未示出)的气体。气体的这种限制允许气体的压力实现所期望的压力来点燃等离子体。此外，由结构206所提供的等离子体的约束导致较高的电子温度，这增强从等离子体产生所需的VUV辐射的稀有气体原子的激发。最后，在所示的代表性实施例中，结构206设置在谐振环形结构204的“向内”侧上。因此，等离子体以相对较小的体积产生在多个位置，从而提供以相对较小体积的显著功率的VUV辐射。在等离子体产生装置200的某些实施例中，衬底201是具有相对较高介电常数的介电材料。相对较高的介电常数是指介电常数为2或更高，比如5或更高，包括9.6(例如，陶瓷)或更高。在其它实施例中，从介电常数的角度来看，在为衬底201选择材料上没有任何限制，所以并不需要很高。通常，衬底201由在操作频率相对低损失的材料制成。
发现用作衬底201的介电材料包括但不限于陶瓷化合物、(聚四氟乙烯(PTFE))、聚合物、玻璃、石英及它们的组合。在某些实施例中，衬底201由单一材料制成，而在某些其它实施例中，所述衬底包含一个以上的材料，例如不同材料的不同层。衬底201的尺寸可以变化很大，这取决于由等离子体产生装置200所产生的等离子体的希望用途和/或谐振环形结构204的尺寸的性质，它们是衬底介电性能、操作频率以及所需的特性阻抗的函数。在某些实施例中，衬底201是平面衬底，具有的长度范围为从约5毫米至约100毫米，比如从约10毫米至约70毫米，包括从约20毫米(实际陶瓷)至约50毫米(实际的)；宽度范围为从约5毫米至约100毫米，比如从约10毫米至约70毫米，包括从约12毫米(实际陶瓷)至约40毫米(实际的)以及厚度范围为从约100微米至约5毫米，比如从约100微米至约2毫米，包括从约1毫米(实际陶瓷)至约2毫米。
在代表性实施例中，作为谐振环形结构204的一部分的电极延伸210设置在电场最大值的位置。相应的开口205设置成相邻于各自的电极延伸210。这些电极延伸具有的长度与其相应结构206的长度大致相同。值得注意的是，谐振环形结构204和电极延伸210被设计成确保电场模式是适当的，并且该结构基本上是阻抗匹配的。一旦这是完成的，开口205的位置就被确定来优化高效的等离子产生。
如下面更全面地所述，电极延伸210用于将由谐振环形结构204支持的驻波的电场最大值定位在开口205附近，且因此在被提供用于等离子体产生的气体附近。因此，电极延伸210促进在每个结构206中等离子体产生，由此从等离子体产生装置200产生等离子体VUV辐射的多个(在本示例中为四个)源。电极延伸210是可选的，并且如下所述，在没有电极延伸210的情况下，等离子体产生装置200可以在电场最大值的区域中产生等离子体。然而，值得注意的是，当未实施电极延伸210时，在每个结构206中所产生的等离子体将被限制至较小的体积，并且将不具有通过使用电极延伸而实现的长度。
根据结合图2所描述的代表性实施例，谐振环形结构204包括与第二环212同心的第一环211、在其之间的间隙214、以及从第二环212向内延伸的电极延伸210。第一环211经由连接213而被连接至RF/微波功率源(未示出)，并且耦合至通过间隙214而与第一环211隔开的第二环212。在代表性实施例中，第一和第二环211、212是微带传输线，接地平面设置在与第一表面202(第一和第二环211、212形成在其上)相对的第二表面203上。
在本文所述的实施例中，谐振环形结构204、第一环211以及第二环212基本上都是圆形的。这仅是说明性的，并且需要强调的是，谐振环形结构204、第一环211以及第二环212可以采取各种形状。因此，术语“环”和“环形”并不仅限于圆环，而是指任何圆形或非圆形的结构，其中感兴趣的第一和第二环211、212包括但不限于圆形、椭圆形或卵形及其它非圆形的环，以及矩形或其它多边的形状。谐振环形结构204可以以各种方式布置在衬底201上。在某些实施例中，衬底201涂覆有用于微带层的材料(例如，Au、Cu等)，谐振环形结构204由光刻和湿蚀刻技术(它们本身在本领域中是公知的)形成。在本领域普通技术人员能力范围内的其它加工技术可以用来在衬底201上形成谐振环形结构204和电极延伸210。例如，可以使用印刷电路板(PCB)研磨技术。
如上文所提到，谐振环形结构204的尺寸(例如周长)被选择成使得谐振环形结构204在期望的谐振条件基本上阻抗匹配于RF/微波功率源的输入阻抗。此外，电极延伸210的长度基本上等于相应结构206的长度，并且对于特定的气体压力(及与等离子体行为相关的其他参数)进行优化。更一般地，电极延伸210的长度还可以是一个变量。“匹配”是指在连接213所存在的阻抗等效于RF/微波功率源的输出阻抗，从而使得可以获得最大的功率传输。这两个阻抗的任何差异可能会导致在背向RF/微波功率源(未示出)的连接213的功率的反射分量。此外，并且如上所述，谐振环形结构204具有被选择以支持具有沿谐振环形结构204的长度(周长)的一个以上电场最大值的至少一个驻波的尺寸(特别是周长)。在代表性实施例中，谐振环形结构204的周长在等离子产生装置200的操作频率为约二分之一波长(λ/2)的整数倍。
值得注意的是，间隙214影响第一和第二环211、212之间的耦合。一般来说，如由本领域普通技术人员可以理解的是，提供在RF/微波功率源(未在图2中示出)的中心频率的所期望的谐振、所期望的电场分布以及在电极顶部上的最高的可能的电场幅度的各种参数是有益的。
谐振环形结构204的两个同心环结构被提供，以便于谐振环形结构204对RF/微波功率源的阻抗匹配。为此，由谐振环形结构204所支持的谐振频率由第一环211、第二环212、间隙214以及电极延伸210的尺寸(例如，长度/周长和宽度)掌控。谐振环形结构204通过改变第一环211、第二环212的长度/周长和宽度或者通过改变电极延伸210的长度和宽度对RF/微波功率源的阻抗匹配可能会导致波导的谐振频率的变化。另外，在结构206中所产生的等离子体的负载阻抗可能导致阻抗失配。因此，谐振频率的变化将会要求RF/微波功率源的频率的变化，以确保谐振条件在谐振环形结构204中得到满足，从而沿着第二环112的长度/周长建立具有一个以上电场最大值的一个或多个驻波。虽然本领域普通技术人员所公知的其他调谐元件(例如，存根调谐器)可以用来实现阻抗匹配，但是使用代表性实施例的耦合的谐振器环布置提供了相对直接的解决办法。
在代表性实施例中，第一环211的长度/周长和宽度被选择，并且可以被修改，以确保谐振环形结构204对RF/微波功率源的阻抗匹配。第一环211通过耦合至第二环212的微带而被耦合，且因此具有一个以上电场最大值的至少一个驻波由第一和第二环211、212支持。因为从RF/微波功率源至第二环212的功率通过耦合至第一环211被提供，所以RF功率被馈给平行于多个等离子体，且有利地防止通过使用采用相同量的功率所操作的单个等离子体所经历的UV辐射的饱和。值得注意的是，存在最大量的UV光，其可能在最佳功率电平由单一的等离子体产生。在该功率电平之上，UV辐射不会大幅增加。因此，例如在目前所描述的代表性实施例中，让四个等离子体(来自四个结构206)在此最佳功率电平操作将产生多达单个等离子体在四倍此最佳功率电平运行的近四倍的光。
在操作中，来自气体供给(图2中未示出)的气体(例如惰性气体)被提供给每个开口205，其位于电场最大值附近。该气体可以流入结构206，以使得等离子体在结构206中产生。
图3是代表性实施例的等离子体产生装置300的顶视图，且示出了沿着根据代表性实施例的谐振环形结构204的在谐振的驻波的电场强度。区域301示出了由谐振环形结构204所支持的驻波的电场最大值。可以理解的是，结构206布置在驻波的电场最大值的区域附近或其上方，并且提供路径用于传导，以使得在结构206内提供足够的能量来确保在每个结构206中击发并维持等离子体。有利地，等离子体产生装置100在相对较小的体积中于多个位置产生等离子体，从而在相对较小的体积中提供显著功率的VUV辐射。电极延伸210用于维持等离子体具有延伸的线性形状，这已被观察到以发射比在相同条件下操作的更紧凑的等离子体沿着此线性延伸的轴线更多的UV辐射。
值得注意的是，等离子体产生装置100采用和不采用等离子体的操作非常不同，并且必须执行两个独立的功能。第一是在约束结构206内的某处提供足够强的电场来击发等离子体。此功能需要谐振。一旦形成等离子体，电极延伸210下面执行不同的功能，其以优选的量(比如沿着电极延伸210的长度)将功率输送至等离子体。一旦等离子体在操作时，不是真正的场强度对操作很关键，而是多少电磁功率被输送至等离子体的电子并且其中该功率在空间上被输送。由于甚至在存在的等离子体中的电场结构在这些结构下仍然达到峰值，所以这有助于将功率输送至该结构的中心，其对于高效的等离子体制造及针对的UV辐射是理想的。
图4A示出了在根据代表性实施例的电极延伸401附近的区域中的电场线和幅度。电极延伸401被考虑用于上述的等离子体产生装置100中。等离子体产生装置100的许多方面与图4A的说明是共同的，且不被重复以避免混淆本说明。
电极延伸401具有第一电极402和第二电极403，它们由形成所述第二环的微带传输线405中的间隙404隔开。开口406提供气体用于产生等离子体，且结构206(未在图4A中示出)设置在开口上方并定心于间隙404上。如结合代表性实施例所述，电极延伸401设置在由微带传输线405所支持的驻波的电场最大值或其附近。
由于等离子体产生装置100的结构是基本对称的，所以在整个间隙404上没有电位差，从而电极是等电位的，且电场在第一和第二电极402、403是垂直指向的。如可从图4A的评述中理解的是，电场线407的方向导致在间隙404上方的点的电场最小值309，以及随着从间隙404的中心的距离增大时的电场最大值410。因此，将结构206(未在图4A中示出)定位在电极延伸401之上将会在结构206的中心导致不合要求的低电场强度，以及在结构206的侧面附近的相对较高的电场强度。本领域普通技术人员要理解的是，不希望在结构206的内部的外侧部分(侧面)附近具有较高幅值的电场，因为等离子体的重组通常发生在容纳结构的壁上，从而输送至此处等离子体的功率导致较低密度的等离子体且产生更少的UV光子。此外，如果等离子体产生的目的是产生通过中心孔指出容纳结构的UV光子，对于那些光子来说期望的是由结构的壁而被产生在中心以减少光子的遮蔽。
图4B示出了在根据代表性实施例的电极延伸411附近的区域中的电场线和幅度。电极延伸401被考虑用于上述的等离子体产生装置100中。等离子体产生装置100的许多方面与图4B的说明是共同的，且不被重复以避免混淆本说明。
电极延伸411是电连接至形成所述第二环的微带传输线405的单个电极结构。开口406提供气体用于产生等离子体，且结构206(未示出)设置在开口上方并定心于电极延伸411上方。如上所述，电极延伸401设置在由微带传输线405所支持的驻波的电场最大值或其附近。
该电场在电极延伸附近是垂直指向的，并且电场线412的方向导致在电极延伸411上方的点的电场最大值413，以及随着从间隙404的中心的距离增大时的电场最小值414。因此，将结构206(未在图4B中示出)定位在电极延伸411之上将会在结构206的中心导致所需的高电场强度，以及在结构206的侧面附近的相对较低的电场强度。本领域普通技术人员要理解的是，期望在理想形成等离子体的区域中(即在结构206的中心附近)提供最大电场幅值以及在结构206的外侧部分(侧面)的最小电场幅值，如上所述。
图5是根据代表性实施例的等离子体产生装置500的顶视图。等离子体产生装置100的许多方面对于当前所述实施例的等离子体产生装置500的说明是共同的，且没有重复以避免混淆本说明。
等离子体产生装置500包括衬底501，其具有第一表面502和与第一表面502相对的第二表面(未示出)。谐振环503布置在衬底501的第一表面502上，以及接地平面(未示出)设置在衬底501的第二表面上。如下面更全面地所述，谐振环503具有选择的以支持具有沿着谐振环的长度的一个以上电场最大值的至少一个驻波的长度(在这种情况下为周长)。
等离子体产生装置500还包括开口504，其连接至气体源(未示出)，该开口配置成在电场最大值的位置提供气体(例如惰性气体)。在目前所描述的代表性实施例中，有四个电场最大值位于沿着谐振环503的周长，因此具有四个开口504配置成提供气体。多个结构505设置在电场最大值的相应位置上。每个结构都包括基座(未示出)及布置在该基座上的盖506。
除其它功能外，结构505限制来自从其中产生等离子体的气体源(未示出)的气体。气体的这种限制允许气体的压力实现所期望的压力来点燃等离子体。此外，由结构505所提供的气体的约束导致较高的电子温度，这增强从等离子体产生所需的VUV辐射的稀有气体原子的激发。最后，在所示的代表性实施例中，结构505设置在谐振环503上。因此，等离子体以相对较小的体积产生在多个位置，从而提供以相对较小体积的显著功率的VUV辐射。
在等离子体产生装置500的某些实施例中，衬底501是具有相对较高介电常数的介电材料。相对较高的介电常数是指介电常数为2或更高，比如5或更高，包括9.6(例如，陶瓷)或更高。发现用作衬底201的介电材料包括但不限于陶瓷化合物、(聚四氟乙烯(PTFE))、聚合物、玻璃、石英及它们的组合。在某些实施例中，衬底201由单一材料制成，而在某些其它实施例中，所述衬底包含一个以上的材料，例如不同材料的不同层。衬底501的尺寸可以变化很大，这取决于由等离子体产生装置500所产生的等离子体的希望用途和/或谐振环503的尺寸的性质，它们是衬底介电性能、操作频率以及所需的特性阻抗的函数。在某些实施例中，衬底501是平面衬底，具有的长度范围为从约5毫米至约100毫米，比如从约10毫米至约70毫米，包括从约20毫米(实际陶瓷)至约50毫米(实际的)；宽度范围为从约5毫米至约100毫米，比如从约10毫米至约70毫米，包括从约12毫米(实际陶瓷)至约40毫米(实际的)以及厚度范围为从约100微米至约5毫米，比如从约100微米至约2毫米，包括从约1毫米(实际陶瓷)至约2毫米。
根据结合图5所描述的代表性实施例，谐振环503是单个微带传输线，其通过连接507而连接至RF/微波功率源(未示出)。
在本文所述的实施例中，谐振环503基本上是圆形的。这仅是说明性的，并且需要强调的是，谐振环503可以采取各种形状。因此，术语“环”并不仅限于圆环，而是指任何圆形或非圆形的结构，其中感兴趣的谐振环503的形状可以是但不限于：圆形、椭圆形或卵形及其它非圆形的形状，以及矩形或其它多边的形状。谐振环503可以以各种方式布置在衬底501上。在某些实施例中，衬底501涂覆有用于微带层的材料(例如，Au、Cu等)，谐振环503由光刻和湿蚀刻技术(它们本身在本领域中是公知的)形成。在本领域普通技术人员能力范围内的其它加工技术可以用来形成谐振环503以及在衬底501上。
谐振环503的尺寸被选择成使得谐振环503在期望的谐振条件基本上阻抗匹配于RF/微波功率源的输入阻抗。“匹配”是指在连接507所存在的阻抗等效于RF/微波功率源的输出阻抗，从而使得可以获得最大的功率传输。这两个阻抗的任何差异可能会导致在背向RF/微波功率源(图5中未示出)的连接507的功率的反射分量。此外，并且如上所述，谐振环503具有被选择以支持具有沿谐振环503的长度/周长的一个以上电场最大值的至少一个驻波的长度/周长。在代表性实施例中，谐振环503的周长在等离子产生装置500的操作频率为约二分之一波长(λ/2)的整数倍。
谐振环503对RF/微波功率源的阻抗匹配可以通过改变谐振环503的尺寸(例如，长度/周长和宽度)来实现。另外，在结构505中所产生的等离子体的负载阻抗可能导致阻抗失配，并且在阻抗匹配中必须加以考虑。本领域普通技术人员所公知的其他调谐元件(例如，存根调谐器)可以用来实现阻抗匹配。
在代表性实施例中，谐振环503的尺寸(例如，长度/周长和宽度)被选择，并且可以被修改，以确保谐振环503对RF/微波功率源的阻抗匹配。在操作中，来自气体供给(未示出)的气体(例如惰性气体)被提供给每个开口504，其位于电场最大值附近。该气体可以流入结构505，以使得等离子体在结构505中产生。
图6是根据代表性实施例的方法600的流程图。通过使用根据代表性实施例的等离子体产生装置，方法600可以在上述系统100中实现。在601，该方法包括将气体提供给等离子体产生装置。如上所述，等离子体产生装置包括：衬底，其具有第一表面和第二表面；谐振环形结构，其布置在所述衬底的第一表面上，所述谐振环形结构具有被选择以支持具有一个以上电场最大值的至少一个驻波的尺寸；以及接地平面，其布置在所述衬底的第二表面上。
在602，该方法包括在每个电场最大值提供气体于所述谐振环形结构之上。在603，该方法包括在每个电场最大值的位置引起足以从气体击发等离子体的放电。
虽然本文公开了代表性实施例，但是本领域普通技术人员应当理解的是，根据本教导的许多变化是可能的，并且保持在所附权利要求的范围内。因此，除了在所附权利要求的范围内，本发明不被限制。

Claims (20)

1.一种等离子体产生装置，包括：
衬底，其具有第一表面和第二表面；
谐振环形结构，其布置在所述衬底的第一表面上，所述谐振环形结构具有被选择以支持具有沿谐振环形结构的长度的一个以上电场最大值的至少一个驻波的尺寸；
接地平面，其布置在所述衬底的第二表面上；以及
设备，其配置成在所述电场最大值的位置提供气体。
2.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，还包括电极延伸，其在每个电场最大值的位置连接至所述谐振环形结构。
3.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中，所述谐振环形结构还包括微带传输线。
4.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中，所述设备包括气体流动元件，其配置成在每个电场最大值的位置上提供气体。
5.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，还包括：
多个结构，其中的每个布置成相邻于所述第一表面以形成基本上包围每个电场最大值的位置的相应外壳。
6.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，还包括多个结构，其中的每个设置在相应一个所述电极延伸上，每个结构配置成包含等离子体。
7.根据权利要求3所述的等离子体产生装置，所述微带传输线具有在所述谐振环形结构与接地平面之间的空隙，其中，气体设置在所述空隙中以产生等离子体。
8.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中，谐振环形结构是阻抗匹配的，其在谐振频率与将微波功率提供给所述谐振环形结构的电源的阻抗相匹配。
9.根据权利要求2所述的等离子体产生装置，其中，所述电极延伸布置在所述衬底的第一表面上。
10.根据权利要求9所述的等离子体产生装置，其中，每个电场最大值都位于相应电极延伸的上方。
11.根据权利要求1所述的等离子体产生装置，其中，所述谐振环形结构包括与第二环同心的第一环，且所述第一环耦合至所述第二环。
12.根据权利要求11所述的等离子体产生装置，其中，所述第一环是微带传输线，所述第二环是微带传输线。
13.一种等离子体产生系统，包括：
电源；
气体馈给线；以及
等离子体产生装置，其包括：
衬底，其具有第一表面和第二表面；
谐振环形结构，其布置在所述衬底的第一表面上，所述谐振环形结构具有被选择以支持具有沿谐振环形结构的周长的一个以上电场最大值的至少一个驻波的尺寸；接地平面，其布置在所述衬底的第二表面上；以及设备，其配置成在所述电场最大值的位置提供气体。
14.根据权利要求13所述的系统，还包括电极延伸，其在每个电场最大值的位置连接至所述谐振环形结构。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述谐振环形结构还包括微带传输线。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述设备包括气体流动元件，其配置成在每个电场最大值的位置上提供气体。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述等离子体产生装置还包括：
多个结构，其中的每个布置成相邻于所述第一表面以形成基本上包围每个电场最大值的位置的相应外壳。
18.根据权利要求14所述的系统，还包括多个结构，其中的每个设置在相应一个所述电极延伸上，每个结构配置成包含等离子体。
19.一种产生等离子体的方法，包括：
将气体提供给等离子体产生装置，所述等离子体产生装置包括：
衬底，其具有第一表面和第二表面；
谐振环形结构，其布置在所述衬底的第一表面上，所述谐振环形结构具有被选择以支持具有沿谐振环形结构的周长的一个以上电场最大值的至少一个驻波的尺寸；以及接地平面，其布置在所述衬底的第二表面上；
在每个电场最大值提供气体于所述谐振环形结构之上；以及
在每个电场最大值的位置引起足以从气体击发等离子体的放电。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括从等离子体产生真空紫外(VUV)光。
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