CN105551927A - 新型高效可活动射频等离子体放电管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型高效可活动射频等离子体放电管，涉及等离子体的产生装置技术领域。包括主体与连接杆两部分，主体前端盖正中为一发射孔，主管体内后端盖中心为一放电锥垂直指向管体内部空间，连接杆前端为球形，后部为圆柱形。主体置于射频线圈内，连接杆后部套于射频源进气管上，管体后连接端内径大于连接杆前端内径可保证二者能相对旋转一定角度时气路畅通，高纯气体从进气管通过连接杆进入放电锥放电，等离子体进入主管体后在腔壁上反射震荡能使腔内气体充分等离子化并通过发射孔发射。所述放电管提高了射频等离子体放电效率，而且能保证圆柱形放电管在不均匀形状或形变电感线圈内方便地安装与安全地使用。

Description

新型高效可活动射频等离子体放电管
技术领域
本发明涉及等离子体的产生装置技术领域，尤其涉及一种新型高效可活动射频等离子体放电管。
背景技术
电容-电感耦合射频等离子体源(以下简称等离子体源)可将气体分子裂解为活化原子基团，因此在薄膜生长、表面处理等诸多技术领域有广泛的用途。采用直枪型设计的等离子体源可以产生由活化原子基团组成的定向束流，尤其适合于作为新型分子束外延设备中的各种活性原子源。在直枪型等离子源中，通常需要将圆柱形独立耐高温气体放电管(如高纯石英与氮化硼管)直接放置于电感线圈内，通入气体后再通过高频放电震荡产生空间均匀分布等离子体，最后通过放电管前端小圆孔进行发射形成活化原子基团定向束流。但是，由于放电管内部空间较大，通入气体密度相应较小，导致放电功率的增加以及放电效率的降低，同时由于射频电感金属线圈形状的不均匀性或形变，导致安装和使用过程中极易损坏放电管与电感线圈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型高效可活动射频等离子体放电管，所述放电管提高了射频等离子体放电效率，而且能保证圆柱形放电管在不均匀形状或形变电感线圈内方便地安装与安全地使用。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：包括放电管主体以及连接杆，所述主体内设有腔体，主体前侧的前端盖上设有发射孔，主体的后侧设有后端盖，所述后端盖位于腔体内的一侧设有放电锥，所述后端盖位于腔体外的一侧设有管体后连接端，所述放电锥内设有放电锥管孔，所述管体后连接端上设有与所述放电锥管孔相连通的管体后连接端管孔，所述连接杆活动的卡接于所述管体后连接端的尾部，所述连接杆上设有连接杆管孔，所述管体后连接端管孔与所述连接杆管孔相连通，所述管体后连接端管孔的孔径大于连接杆管孔的孔径，使连接杆相对于主体转动一定角度时，所述管体后连接端管孔依然与所述连接杆管孔相连通。
进一步的技术方案在于：所述发射孔位于前端盖的正中，放电锥位于所述后端盖的正中，所述放电锥管孔的中心线与所述发射孔的中心线位于同一条直线上。
进一步的技术方案在于：所述管体后连接端管孔的孔径大于放电锥管孔的孔径，两者之间通过梯形过渡孔进行连通。
进一步的技术方案在于：所述管体后连接端的尾端设有半球形凹槽，所述半球形凹槽与所述管体后连接端管孔相连通，所述连接杆的前端设有与所述半球形凹槽相适配的圆球形接头，当所述圆球形接头卡接入所述半球形凹槽时，所述连接杆管孔与所述管体后连接端管孔相连通。
进一步的技术方案在于：所述连接杆管孔包括相互连通的连接杆前端管孔和连接杆后端管孔，所述连接杆前端管孔位于所述圆球形接头内，所述连接杆后端管孔位于连接杆后端管体内，用于与射频源进气管连接，所述管体后连接端管孔的孔径大于所述连接杆前端管孔的孔径。
进一步的技术方案在于：所述半球形凹槽的内壁与所述圆球形接头的外壁为毛面，用于实现两者之间的密封连接。
进一步的技术方案在于：所述放电管选用高纯耐高温石英、氧化铝或裂解氮化硼材料制作。
进一步的技术方案在于：所述主体的外侧设有射频线圈。
进一步的技术方案在于：所述主体与连接杆之间的最大相对旋转角度为20°～30°。
进一步的技术方案在于：所述前端盖、主体、后端盖的内外壁光滑；放电锥的内外管壁光滑；管体后连接端的内外管壁光滑；连接杆的内外壁光滑。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述放电管以较简单的结构设计，有效的降低了放电管内气体转化为等离子体震荡放电所需功率，增加了等离子体中活性原子的数量，提高放电效率；同时在保证放电管几何对称均匀性的前提下，解决了由于射频电感金属线圈形状的不均匀性或形变导致的安装与使用安全问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明分解后的剖视结构示意图；
图2是本发明安装线圈和进气管后的剖视结构示意图；
其中：1、前端盖2、发射孔3、放电管主体4、腔体5、放电锥6、放电锥管孔7、后端盖8、管体后连接端9、管体后连接端管孔10、凹槽11、圆球形接头12、连接杆前端管孔13、连接杆后端管体14、连接杆后端管孔15、射频线圈16、射频源进气管支架17、射频源进气管。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-2所示，本发明公开了一种新型高效可活动射频等离子体放电管，主要包括放电管主体3以及连接杆两部分，采用耐高温高纯石英、氧化铝或者裂解氮化硼原料(纯度>99.999％)制作而成，所述主体的外侧设有射频线圈15。
所述主体内设有腔体4，主体前侧的前端盖1上设有发射孔2，优选的，在本实施例中，所述发射孔2位于前端盖1的正中。主体的后侧设有后端盖7，所述后端盖7位于腔体4内的一侧设有放电锥5，所述后端盖7位于腔体4外的一侧设有管体后连接端8。所述放电锥5内设有放电锥管孔6，所述管体后连接端8上设有与所述放电锥管孔6相连通的管体后连接端管孔9。优选的，在本实施例中，放电锥5位于所述后端盖7的正中，所述放电锥管孔6的中心线与所述发射孔2的中心线位于同一条直线上。所述管体后连接端管孔9的孔径大于放电锥管孔6的孔径，两者之间通过梯形过渡孔进行连通。
所述连接杆活动的卡接于所述管体后连接端8的尾部，所述连接杆上设有连接杆管孔，所述管体后连接端管孔9与所述连接杆管孔相连通，所述管体后连接端管孔9的孔径大于连接杆管孔的孔径，使连接杆相对于主体转动一定角度时，所述管体后连接端管孔9依然与所述连接杆管孔相连通。需要指出的是，在本发明实施例中，所述主体与连接杆之间的最大相对旋转角度为20°～30°，但是本发明并不局限于上述角度。
具体的，在本发明实施例中，所述连接杆通过以下结构实现与所述管体后连接端的活动连接：所述管体后连接端8的尾端设有半球形凹槽10，所述半球形凹槽10与所述管体后连接端管孔9相连通；所述连接杆的前端设有与所述半球形凹槽10相适配的圆球形接头11，当所述圆球形接头11卡接入所述半球形凹槽10时，所述连接杆管孔与所述管体后连接端管孔9相连通。
此外，优选的，所述半球形凹槽10的内壁与所述圆球形接头11的外壁为毛面，用于实现两者之间的密封连接，防止气体泄漏。连接杆与管体后连接端具有一定的相对旋转活动性，能很好地克服在不均匀或发生形变射频电感金属线圈内安装的困难，同时又具有较好气体密封性且能保证气路的畅通。
更进一步的，所述连接杆管孔，又分为相互连通的连接杆前端管孔12和连接杆后端管孔14两部分。所述连接杆前端管孔12位于所述圆球形接头11内，所述连接杆后端管孔14位于连接杆后端管体13内，用于与射频源进气管17连接，所述射频源进气管17通过射频源进气管支架16进行支撑，所述管体后连接端管孔14的孔径大于所述连接杆前端管孔12的孔径。
本发明中各个器件的具体参数如下：
图1中，前端盖1厚度2mm～3mm，内外表面光滑；放电管主体长度(含前后端盖厚度)为63mm～64mm，管壁厚为2mm～3mm，内外表面光滑；后端盖7厚度为4～5mm，内外表面光滑；管体后连接端8长度为12mm～13mm，外管径为16.5mm～17.5mm，内外表面光滑；上述器件依次接合构成放电管主体部分；发射孔2的孔径为2.5mm～3.5mm；放电锥5长度为10mm～15mm，内外表面光滑；
放电锥管孔6的孔径为2mm～2.5mm，管体后连接端管孔9的孔径为6mm～7mm以及半球形凹槽10的球面直径为10mm～12mm，放电锥管孔6、管体后连接端管孔9以及半球形凹槽10依次连通；圆球形接头11的球面直径为10mm～12mm，与连接杆后端管体13接合构成连接杆，其中，连接杆前端管孔12的长度为8mm～12mm，孔径为2mm～2.5mm，内外表面光滑；连接杆后端管孔14的长度为19mm～20mm，孔径为4mm～4.5mm，内外表面光滑；连接杆前端管孔12与连接杆后端管孔14相通。
原理：当高纯气体从射频源进气管通过连接杆进入到放电锥时，气体在放电锥狭小的管孔空间内，较之在放电管主体管腔内能更迅速剧烈地震荡放电变为等离子态，因而能以较低震荡功率“点燃”气体转化为等离子体。而从放电锥发射出的等离子气体在放电管前后端盖以及放电管主体的管壁之间来回充分反射震荡，更能促进气体分子的等离子化，增加等离子气体中活性气体原子数量，最后等离子体能通过位于前端盖中央的小发射孔以一定速率发射进入真空腔体内形成定向束流。
所述放电管以较简单的结构设计，有效的降低了放电管内气体转化为等离子体震荡放电所需功率，增加了等离子体中活性原子的数量，提高放电效率；同时在保证放电管几何对称均匀性的前提下，解决了由于射频电感金属线圈形状的不均匀性或形变导致的安装与使用安全问题。

Claims (10)

1.一种新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：包括放电管主体(3)以及连接杆，所述主体内设有腔体(4)，主体前侧的前端盖(1)上设有发射孔(2)，主体的后侧设有后端盖(7)，所述后端盖(7)位于腔体(4)内的一侧设有放电锥(5)，所述后端盖(7)位于腔体(4)外的一侧设有管体后连接端(8)，所述放电锥(5)内设有放电锥管孔(6)，所述管体后连接端(8)上设有与所述放电锥管孔(6)相连通的管体后连接端管孔(9)，所述连接杆活动的卡接于所述管体后连接端(8)的尾部，所述连接杆上设有连接杆管孔，所述管体后连接端管孔(9)与所述连接杆管孔相连通，所述管体后连接端管孔(9)的孔径大于连接杆管孔的孔径，使连接杆相对于主体转动一定角度时，所述管体后连接端管孔(9)依然与所述连接杆管孔相连通。
2.如权利要求1所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述发射孔(2)位于前端盖(1)的正中，放电锥(5)位于所述后端盖(7)的正中，所述放电锥管孔(6)的中心线与所述发射孔(2)的中心线位于同一条直线上。
3.如权利要求1所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述管体后连接端管孔(9)的孔径大于放电锥管孔(6)的孔径，两者之间通过梯形过渡孔进行连通。
4.如权利要求1所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述管体后连接端(8)的尾端设有半球形凹槽(10)，所述半球形凹槽(10)与所述管体后连接端管孔(9)相连通，所述连接杆的前端设有与所述半球形凹槽(10)相适配的圆球形接头(11)，当所述圆球形接头(11)卡接入所述半球形凹槽(10)时，所述连接杆管孔与所述管体后连接端管孔(9)相连通。
5.如权利要求4所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述连接杆管孔包括相互连通的连接杆前端管孔(12)和连接杆后端管孔(14)，所述连接杆前端管孔(12)位于所述圆球形接头(11)内，所述连接杆后端管孔(14)位于连接杆后端管体(13)内，用于与射频源进气管(17)连接，所述管体后连接端管孔(14)的孔径大于所述连接杆前端管孔(12)的孔径。
6.如权利要求4所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述半球形凹槽(10)的内壁与所述圆球形接头(11)的外壁为毛面，用于实现两者之间的密封连接。
7.如权利要求1所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述放电管选用高纯耐高温石英、氧化铝或裂解氮化硼材料制作。
8.如权利要求1所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述主体的外侧设有射频线圈(15)。
9.如权利要求1所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述主体与连接杆之间的最大相对旋转角度为20°～30°。
10.如权利要求1所述的新型高效可活动射频等离子体放电管，其特征在于：所述前端盖(1)、主体、后端盖(7)的内外壁光滑；放电锥(5)的内外管壁光滑；管体后连接端(8)的内外管壁光滑；连接杆的内外壁光滑。
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