CN107946715A - 用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器 - Google Patents
用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107946715A CN107946715A CN201711020164.0A CN201711020164A CN107946715A CN 107946715 A CN107946715 A CN 107946715A CN 201711020164 A CN201711020164 A CN 201711020164A CN 107946715 A CN107946715 A CN 107946715A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- coaxial
- gradual change
- wave guide
- copper billet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 title claims abstract description 26
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims abstract description 28
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 54
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 20
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 7
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 7
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 2
- XUCNUKMRBVNAPB-UHFFFAOYSA-N fluoroethene Chemical compound FC=C XUCNUKMRBVNAPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 238000011161 development Methods 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000005334 plasma enhanced chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 150000001336 alkenes Chemical group 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
- H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
- H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
- H01P5/103—Hollow-waveguide/coaxial-line transitions
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
- H05H1/461—Microwave discharges
- H05H1/4622—Microwave discharges using waveguides
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本发明涉及微波等离子体增强化学气相沉积技术领域的波导同轴转换器，尤其是一种用于微波等离子体增强化学气相沉积装置，可支持微波高效率传输、低电极污染的矩形波导同轴转换器。由馈入波导、聚四氟乙烯挡板、矩形波导腔、渐变角锥铜块、水冷铝块、通风圆波导、屏蔽网、短路滑块、驻波腔、同轴内导体以及同轴外导体组成；本发明由于采用全金属渐变结构，传输效率可以达到接近100%水平；采用水冷结构、通风风冷结构，可使同轴段、角锥渐变铝块温度降低，尽可能防止电极污染；采用屏蔽网、通风圆波导尺寸的选择，微波泄漏安全可控。
Description
技术领域
本发明涉及微波等离子体增强化学气相沉积技术领域的波导同轴转换器，尤其是一种用于微波等离子体增强化学气相沉积装置，可支持微波高效率传输、低电极污染的矩形波导同轴转换器。
背景技术
近年来，在常规能源（煤、石油）供给的有限性和环境污染日益严重的双重压力下，以太阳能为代表的可再生能源在未来人类能源结构中占有越来越重要的地位。太阳能以其无污染、无运输、无垄断、维护简单、运行安全和永不枯竭等特点，被公认为是解决能源与环境两大问题的最佳选择之一。包括中美法德等国家都制定了中长期的发展计划，将太阳能光伏发电作为近中期主要替代能源和中长期的主体能源，太阳能光伏发电已成为世界发展最快的产业。
自20世纪50年代发明硅太阳能电池以来，人们为太阳能电池的研究、开发与产业化做出了很大努力。到目前为止，太阳能光电工业基本是建立在硅材料的基础上，晶体硅（单晶硅/多晶硅）作为太阳能电池材料一直保持着统治地位，但受原材料供给和市场需求的影响，成本居高不下，使其应用受到限制。这种情况使得新型薄膜太阳能电池发展尤为迅速。随着薄膜技术越来越成熟，在未来的市场份额中将大比例提升。非晶硅薄膜太阳能电池是Carlson 和Wronski等人在20 世纪70 年代中期发展起来的，80年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20％左右，虽然非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点：光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，其发展速度曾一度逐步放缓，但由于其成本低、能量返还周期短、弱光响应性好和易于大面积自动化生产等优点使得非晶硅太阳能电池的发展越来越受到人们的重视。微波等离子体增强化学气相沉积法可以大面积、低温、均匀的在柔性衬底材料上生长膜层，而且容易掺杂，是一种具有较大应用前景的制备非晶硅薄膜的方法。
微波技术已在能源、医疗、环境保护等民用和军事等领域提出了较多的应用。特别的，在微波等离子体增强化学气相沉积法的应用中，微波作为等离子体激发源和加热源，具有不可替代的作用。在衬底材料上制备绝缘薄膜的过程中，膜层表面易发生电荷积累现象，这会减小膜层沉积的厚度和速率，微波等离子体增强化学气相沉积法可以克服绝缘薄膜表面的电荷积累缺陷，提升薄膜沉积速率。因此，微波等离子体增强化学气相沉积法（PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）在太阳能电池镀膜应用中具有较大的应用和市场前景。
阴生毅等人【新型微波ECR-PECVD装置的研制[J]，真空科学与技术学报，2004，24(1) :33-36】介绍了一台新型的ECR-PECVD装置。该装置实现微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积（ECR-PECVD）的机理为：频率为2.45 GHz的微波通过耦合窗进入谐振腔，在谐振腔内磁感应强度为875×10-4 Torr的区域，电子的回旋频率等于微波频率，从而产生回旋共振，有效吸收微波能量，成为高能电子。这时通入反应气体，高能电子对其作用，即可使气体迅速产生电离并形成高度活化的等离子体。在发散磁场的作用下，产生的等离子体可被导入沉积室，从而对沉积室内的基片进行沉积。为提高装置的微波转换效率，通过计算机仿真微波场在等离子体室的分布，设计了三角形铜片结构的矩形耦合波导，来实现微波的高效率馈入。
吕庆敖等人【微波等离子体CVD装置中的微波模式转换器的模式研究[J]，真空电子技术，1997，No.5，P12-15】介绍了一种用于微波等离子体化学气相沉积装置的矩形波导-同轴模式转换器。微波等离子体化学气相沉积装置利用磁控管产生2.45 GHz 或915 MHz百瓦至千万级大功率微波，在矩形波导中将传输的TE10模式经过微波模式转换器转变为圆柱形波导中传输的TM01模式，低压气体l~70 Torr，由TM01模式激发形成球形等离子体。该模式转换器中矩形波导中的TE10模式在微波模式转换器中遇到负载性质的耦合天线而使微波能量沿耦合天线向下传输。微波在耦合天线端被转变为圆柱形波导中传输的TM01模式。TM01模式的微波经石英玻璃窗进人反应腔激发起球形等离子体。然后利用馈入的微波对等离子体进行加热。
综上，前人基于不同的原理和方法，设计了针对等离子体化学气相沉积所用的波导-同轴转换器。这些波导-同轴转换器既有优点，也有一定的不足，主要体现在：现有的波导-同轴转换器仍不能微波等离子体化学气相沉积关于较高传输效率的应用需求；较少涉及可降低电极污染的波导-同轴转换器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服波导同轴转换效率较低、微波加热时电极容易造成污染等不足，提供一种转换效率高、结构简单、可通风换气、水冷降温以防止电极污染的新型波导同轴转换器。
本发明采用的技术方案是：用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器，由馈入波导、聚四氟乙烯挡板、矩形波导腔、渐变角锥铜块、水冷铝块、通风圆波导、屏蔽网、短路滑块、驻波腔、同轴内导体以及同轴外导体组成；其中，馈入波导连接于矩形波导腔的下方，中间由聚四氟乙烯挡板隔开；在矩形波导腔宽边的中心位置放置渐变角锥铜块，渐变角锥铜块与同轴内导体连接，矩形波导腔右侧连接同轴外导体；在矩形波导腔的上侧连接驻波腔，驻波腔上壁由短路滑块组成，短路滑块与通风圆波导连接，通风圆波导与自由空间之间由屏蔽网隔开；渐变角锥铜块底部通过矩形波导腔的左侧壁与水冷铝块紧贴；
馈入波导由工作频率覆盖2.45 GHz的BJ-26标准金属波导构成，馈入波导的宽边a=86.4 mm，窄边b=43.2 mm，馈入波导的长度由微波源决定，一般至少20 mm，以方便装配；馈入波导用于馈入2.45GHz的千瓦级大功率微波；
聚四氟乙烯挡板由长a1=90.4mm，宽b1=47.2mm，厚t1=2 mm的聚四氟乙烯板制成，用于隔离馈入波导和矩形波导腔，防止由屏蔽网处的异物由馈入波导进入2.45GHz千瓦级大功率微波源；
矩形波导腔由高H=100mm的BJ-26标准金属波导构成，宽边a=86.4 mm，窄边为b=43.2mm；在矩形波导腔左侧宽边中心位置高0.5H处，开直径R1=8.1 mm（仅允许0.05 mm的正公差）的通孔，方便同轴内导体的插入；矩形波导腔右侧宽边中心位置高0.5H处，开直径R2=26mm的通孔（允许0.02 mm的正负公差），以配合同轴外导体接入；矩形波导腔下方，预留a1=90.4 mm（仅允许0.05mm的正公差），宽b1=47.2mm（仅允许0.05mm的正公差），厚t=2 mm（仅允许0.05mm的负公差）的金属台阶，以放入聚四氟乙烯挡板；矩形波导腔用于放置渐变角锥铜块，使矩形波导的TE10模式电场由原来垂直于矩形波导宽边两波导壁，逐渐演变为一侧垂直于矩形波导宽边，一侧垂直于渐变角锥铜块的锥面；
渐变角锥铜块为一块底面直径R0=99 mm、顶面直径D0=8 mm、高度为H1=38.5 mm的黄铜制成的角锥，为使渐变角锥铜块放入矩形波导腔，在渐变角锥铜块两侧与渐变角锥铜块底面直径垂直的方向各切削掉ΔR1=0.5*（R0-a）（仅允许0.05mm的正公差），使其侧面变为与矩形波导腔内壁紧密贴合的平面，且两平面的距离L1=a=86.4 mm（仅允许0.1mm的负公差）；ΔR1切削完毕后，将渐变角锥铜块绕其轴线旋转90°，在渐变角锥铜块未切削的一侧与底面直径垂直的方向切削掉ΔR2=0.5*H-0.5*R0+2（仅允许0.05mm的正公差）；最后，将渐变角锥铜块沿轴线方向开一个与顶面直径D0（D0略小于R1，保证同轴内导体方便插入矩形波导腔，并与渐变角锥铜块有良好的电接触）相同的通孔（允许误差范围：+0.05mm~+0.1mm的正公差），方便同轴内导体插入；所述渐变角锥铜块起阻抗渐变作用，由于渐变角锥铜块的锥面逐渐向同轴内导体汇聚，因此在矩形波导腔内将矩形波导TE10模式转换为同轴TEM模式；
水冷铝块为一块长a2=90 mm，宽b2=70 mm，厚度t2=10.6 mm的铝块；水冷铝块内部预留横截面直径R3=8 mm的圆环形水槽，其中圆环中心位于水冷铝块长宽所在面的中心位置，中心直径R4=24 mm；为方便圆环形水槽加工，水冷铝块可由长a2，宽b2，厚度为0.5t2的两块铝块在其各自的表面分别挖出一个中心直径R4、横截面直径R3的半圆形凹槽后再焊接而成，其中一块铝块的表面（长宽面）钻两个直径R5=8 mm的通孔，通孔的间距L2=30mm，通孔圆心距宽边距离L3=20mm，两个通孔圆心关于水冷块宽边中心轴对称，两个通孔各自通过截面直径R5=8 mm的圆柱与圆环形水槽相连，其中一个通孔作为进水口，另一个作为出水口；水冷铝块长宽面中心位置开直径R1=8.1 mm（仅允许0.05mm的正公差）的通孔，方便同轴内导体的插入；所述水冷铝块用于冷却矩形波导腔，防止矩形波导腔温度过高而造成表面导电性能下降；
驻波腔由高H2=127 mm的BJ-26标准金属波导构成，a=86.4 mm，窄边b=43.2 mm，在驻波腔侧壁预留有用于固定短路滑块的销钉；驻波腔连接于矩形波导腔的上方，用于调节、抵消沿同轴内导体反射回来的微波，从而使微波全部进入等离子体作用区；
短路滑块为一块a3=42 mm，宽b3=85.2 mm，高H3=80 mm的方形铝块，在短路滑块长宽面的中心位置钻半径r1=14mm的通孔，然后在通孔顶部预留高度为H4=26 mm的M32×2内螺纹，以便通风圆波导旋入；短路滑块的通孔对2.45GHz微波截止，因此其下端面可视为短路面以反射微波；短路滑块可在驻波腔内上下自由滑动，通过通风圆波导的拉动可调节短路滑块底面与矩形波导腔顶面的距离，使驻波腔的高度在0~61.3mm的范围内变化，以方便找到最佳反射匹配点，使微波能量进入等离子体区被吸收；
通风圆波导为内半径r1=14 mm，外半径r2=16 mm，长L4=140mm圆柱波导，在通风圆波导底部，预留高度为H5=26mm的M32×2外螺纹，通风圆波导材料为标号是304的不锈钢。通风圆波导用于交换波导同轴转换器内外的冷热空气，对渐变角锥铜块、驻波腔，同轴内导体等区域降温；
屏蔽网为一块厚度t3=1 mm，直径R6=32 mm的圆形铝板，铝板上钻直径R7=2 mm，相邻孔间距L5=5mm方形阵列型圆孔，即圆孔列、行间距均为L5=5mm；屏蔽网用于防止微波经通风圆波导泄露到自由空间，对人员和设备造成伤害。
同轴内导体为直径R5=8mm的黄铜杆（允许误差范围：-0.05mm~-0.1 mm的负公差），黄铜杆的长度可由实际需要而定。同轴外导体为直径R2=26mm铝制圆波导，长度根据需要而定。同轴内导体用于与同轴外导体共同组成同轴波导，用于传输经矩形波导腔、渐变角锥铜块转换而来的2.45GHz微波，输入等离子体作用区。
本发明的工作原理为：工作频率2.45GHz的千瓦级微波源，通过馈入波导，由聚四氟乙烯板透射，进入矩形波导腔。在矩形波导腔内，由于渐变角锥铜块的阻抗变换作用，使微波模式由矩形波导TE10模式逐渐转换为同轴波导TEM模式。为抵消同轴段后方等离子体负载端的反射，采用短路滑块上下调节的方式，使反射波在驻波腔反相抵消，从而达到高效率微波吸收的目的；与此同时，采用由通风圆波导对流换气、水冷铝块水冷的方式，使渐变角锥铜块、同轴内导体上较高的温度降低，防止电极温度过高造成污染。特别地，由于通风圆波导对微波截止，加之屏蔽网的作用，微波泄漏可降至安全范围。
本发明具有以下技术效果：与现有技术相比，由于采用全金属渐变结构，传输效率可以达到接近100%水平；采用水冷结构、通风风冷结构，可使同轴段、角锥渐变铝块温度降低，尽可能防止电极污染；采用屏蔽网、通风圆波导尺寸的选择，微波泄漏安全可控。
应用前景：本发明在微波矩形波导同轴转换，特别是微波等离子体增强化学气相沉积装置中矩形波导同轴模式转换方面具有良好的应用前景。
附图说明
图1为背景技术【新型微波ECR-PECVD装置的研制[J]，真空科学与技术学报，2004，24 (1) :33-36】的ECR-PECVD结构示意图；
图2为背景技术【微波等离子体CVD装置中的微波模式转换器的模式研究[J]，真空电子技术，1997，No.5，P12-15】波导同轴转换结构示意图；
图3为本发明用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器三维结构示意图；
图4为本发明用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器渐变角锥铜块结构图；
图5为本发明用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器矩形波导腔结构图；
图6为本发明用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器屏蔽网截面图；
图7为本发明用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器水冷铝块截面图；
图8为本发明用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器工程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器，由馈入波导、聚四氟乙烯挡板、矩形波导腔、渐变角锥铜块、水冷铝块、通风圆波导、屏蔽网、短路滑块、驻波腔、同轴内导体以及同轴外导体组成。其中，馈入波导连接于矩形波导腔的下方，中间由聚四氟乙烯板隔开。在矩形波导腔宽边的中心位置放置渐变角锥铜块。渐变角锥铜块与同轴内导体连接，矩形波导腔右侧连接同轴外导体。在矩形波导腔的上侧连接驻波腔，驻波腔上壁由短路滑块组成，短路滑块与通风圆波导连接，短路滑块与自由空间之间由屏蔽网隔开。渐变角锥铜块底部通过矩形波导腔左侧壁与水冷铝块紧贴。
馈入波导由工作频率覆盖2.45 GHz的BJ-26标准金属波导构成，馈入波导的宽边a=86.4 mm，窄边为b=43.2 mm。馈入波导的长度30 mm。聚四氟乙烯挡板，由长a1=90.4mm，宽b1=47.2mm，厚t1=2 mm的聚四氟乙烯板制成。矩形波导腔由高H=100 mm的BJ-26标准金属波导构成，宽边a=86.4 mm，窄边为b=43.2 mm。在矩形波导腔左侧宽边中心位置，高0.5 H处，开直径R1=8.1 mm（仅允许0.05mm的正公差）的通孔，方便同轴内导体的插入。矩形波导腔右侧宽边中心位置，高0.5H=50 mm处，开直径R2=26 mm的通孔（允许0.02 mm的正负公差），以配合同轴外导体接入。矩形波导腔下方，预留a1=90.4mm（仅允许0.05mm的正公差），宽b1=47.2mm（仅允许0.05mm的正公差），厚t=2 mm（仅允许0.05mm的负公差）的金属台阶，并放入聚四氟乙烯挡板。
渐变角锥铜块由底面直径R0=99 mm、顶面直径D0=8mm的铝制角锥组成，渐变角锥铜块高度为H1=36.5mm。在渐变角锥铜块两侧与渐变角锥铜块底面直径垂直的方向各切削ΔR1=6.3mm（仅允许0.05mm的正公差）；ΔR1=6.3mm切削完毕后，将渐变角锥铜块绕其轴线旋转90°，在渐变角锥铜块未切削的一侧，与底面直径垂直的方向切削ΔR2=1.5 mm（仅允许0.05mm的正公差）。最后在，将渐变角锥铜块沿轴线方向开一个与顶面直径D0=8mm相同的通孔（允许误差范围：+0.05mm~+0.1mm的正公差），使同轴内导体可方便插入。
水冷铝块由长a2=90 mm，宽b2=70 mm，厚度t2=10.6 mm的铝块组成。水冷铝块内部预留横截面直径R3=8 mm的圆环形水槽，其中圆环中心位于水冷铝块长宽所在面的中心位置，圆环直径R4=24 mm。水冷铝块由长a2=90 mm，宽b2=70 mm，厚度为0.5t2=5.3 mm的两块铝块焊接而成，其中一块铝块的表面（长宽面）钻两个直径R5=8 mm的通孔，通孔的间距L2=30mm，通孔圆心距宽边距离L3=20 mm，两个通孔圆心关于水冷块宽边中心轴对称，两个通孔各自通过截面直径R5=8 mm的圆柱与圆环形水槽相连，其中一个通孔作为进水口，另一个作为出水口。水冷铝块长宽面中心位置开直径R1（仅允许0.05mm的正公差）的通孔，方便同轴内导体的插入。
通风圆波导为内半径r1=14 mm，外半径r2=16 mm，长L4=140mm的圆柱波导，在通风圆波导底部，预留高度为H5=26mm的M32×2外螺纹，通风圆波导材料为铝。屏蔽网为厚度t3=1mm，直径R6=32 mm的圆形铝板制成，铝板上钻直径R7=2 mm，相邻孔间距L5=5mm方形阵列型圆孔，即圆孔列、行间距均为L5=5mm。短路滑块长a3=42 mm，宽b3=85.2 mm，高H3=80 mm的方形铝块组成。在短路滑块长宽面的中心位置钻半径r1的通孔，然后在通孔顶部预留高度为H4=26mm的M32×2内螺纹，以便通风圆波导旋入。驻波腔由高H2=127 mm的BJ-26标准金属波导构成，宽边a=86.4 mm，窄边为b=43.2 mm。在驻波腔侧壁预留若干销钉，用于固定短路滑块。同轴内导体为直径R5=8mm的黄铜杆（允许误差范围：-0.05mm~-0.1 mm的负公差），黄铜杆的长度为470mm。
Claims (1)
1.用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器，其特征在于：所述波导同轴转换器由馈入波导、聚四氟乙烯挡板、矩形波导腔、渐变角锥铜块、水冷铝块、通风圆波导、屏蔽网、短路滑块、驻波腔、同轴内导体以及同轴外导体组成；其中，馈入波导连接于矩形波导腔的下方，中间由聚四氟乙烯挡板隔开；在矩形波导腔宽边的中心位置放置渐变角锥铜块，渐变角锥铜块与同轴内导体连接，矩形波导腔右侧连接同轴外导体；在矩形波导腔的上侧连接驻波腔，驻波腔上壁由短路滑块组成，短路滑块与通风圆波导连接，通风圆波导与自由空间之间由屏蔽网隔开；渐变角锥铜块底部通过矩形波导腔的左侧壁与水冷铝块紧贴；
馈入波导由工作频率覆盖2.45 GHz的BJ-26标准金属波导构成，馈入波导的宽边a=86.4 mm，窄边b=43.2 mm，馈入波导的长度由微波源决定，至少20 mm，以方便装配；馈入波导用于馈入2.45GHz的千瓦级大功率微波；
聚四氟乙烯挡板由长a1=90.4mm，宽b1=47.2mm，厚t1=2 mm的聚四氟乙烯板制成，用于隔离馈入波导和矩形波导腔，防止由屏蔽网处的异物由馈入波导进入2.45GHz千瓦级大功率微波源；
矩形波导腔由高H=100mm的BJ-26标准金属波导构成，宽边a=86.4 mm，窄边为b=43.2mm；在矩形波导腔左侧宽边中心位置高0.5H处，开直径R1=8.1 mm的通孔，方便同轴内导体的插入；矩形波导腔右侧宽边中心位置高0.5H处，开直径R2=26 mm的通孔，以配合同轴外导体接入；矩形波导腔下方，预留a1=90.4 mm，宽b1=47.2mm，厚t=2 mm的金属台阶，以放入聚四氟乙烯挡板；矩形波导腔用于放置渐变角锥铜块，使矩形波导的TE10模式电场由原来垂直于矩形波导宽边两波导壁，逐渐演变为一侧垂直于矩形波导宽边，一侧垂直于渐变角锥铜块的锥面；
渐变角锥铜块为一块底面直径R0=99 mm、顶面直径D0=8 mm、高度为H1=38.5 mm的黄铜制成的角锥，为使渐变角锥铜块放入矩形波导腔，在渐变角锥铜块两侧与渐变角锥铜块底面直径垂直的方向各切削掉ΔR1=0.5*（R0-a），使其侧面变为与矩形波导腔内壁紧密贴合的平面，且两平面的距离L1=a=86.4 mm；ΔR1切削完毕后，将渐变角锥铜块绕其轴线旋转90°，在渐变角锥铜块未切削的一侧与底面直径垂直的方向切削掉ΔR2=0.5*H-0.5*R0+2；最后，将渐变角锥铜块沿轴线方向开一个与顶面直径D0相同的通孔，D0略小于R1，保证同轴内导体方便插入矩形波导腔，并与渐变角锥铜块有良好的电接触；所述渐变角锥铜块起阻抗渐变作用，由于渐变角锥铜块的锥面逐渐向同轴内导体汇聚，因此在矩形波导腔内将矩形波导TE10模式转换为同轴TEM模式；
水冷铝块为一块长a2=90 mm，宽b2=70 mm，厚度t2=10.6 mm的铝块；水冷铝块内部预留横截面直径R3=8 mm的圆环形水槽，其中圆环中心位于水冷铝块长宽所在面的中心位置，中心直径R4=24 mm；为方便圆环形水槽加工，水冷铝块可由长a2，宽b2，厚度为0.5t2的两块铝块在其各自的表面分别挖出一个中心直径R4、横截面直径R3的半圆形凹槽后再焊接而成，其中一块铝块的长宽面钻两个直径R5=8 mm的通孔，通孔的间距L2=30mm，通孔圆心距宽边距离L3=20mm，两个通孔圆心关于水冷块宽边中心轴对称，两个通孔各自通过截面直径R5=8 mm的圆柱与圆环形水槽相连，其中一个通孔作为进水口，另一个作为出水口；水冷铝块长宽面中心位置开直径R1=8.1 mm的通孔，方便同轴内导体的插入；所述水冷铝块用于冷却矩形波导腔，防止矩形波导腔温度过高而造成表面导电性能下降；
驻波腔由高H2=127 mm的BJ-26标准金属波导构成，a=86.4 mm，窄边b=43.2 mm，在驻波腔侧壁预留有用于固定短路滑块的销钉；驻波腔连接于矩形波导腔的上方，用于调节、抵消沿同轴内导体反射回来的微波，从而使微波全部进入等离子体作用区；
短路滑块为一块a3=42 mm，宽b3=85.2 mm，高H3=80 mm的方形铝块，在短路滑块长宽面的中心位置钻半径r1=14mm的通孔，然后在通孔顶部预留高度为H4=26 mm的M32×2内螺纹，以便通风圆波导旋入；短路滑块的通孔对2.45GHz微波截止，因此其下端面可视为短路面以反射微波；短路滑块可在驻波腔内上下自由滑动，通过通风圆波导的拉动可调节短路滑块底面与矩形波导腔顶面的距离，使驻波腔的高度在0~61.3mm的范围内变化，以方便找到最佳反射匹配点，使微波能量进入等离子体区被吸收；
通风圆波导为内半径r1=14 mm，外半径r2=16 mm，长L4=140mm圆柱波导，在通风圆波导底部，预留高度为H5=26mm的M32×2外螺纹，通风圆波导材料为标号是304的不锈钢；通风圆波导用于交换波导同轴转换器内外的冷热空气，对渐变角锥铜块、驻波腔，同轴内导体等区域降温；
屏蔽网为一块厚度t3=1 mm，直径R6=32 mm的圆形铝板，铝板上钻直径R7=2 mm，相邻孔间距L5=5mm方形阵列型圆孔，即圆孔列、行间距均为L5=5mm；屏蔽网用于防止微波经通风圆波导泄露到自由空间，对人员和设备造成伤害；
同轴内导体为直径R5=8mm的黄铜杆，同轴外导体为直径R2=26mm铝制圆波导；同轴内导体用于与同轴外导体共同组成同轴波导，传输经矩形波导腔、渐变角锥铜块转换而来的2.45GHz微波，输入等离子体作用区。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711020164.0A CN107946715B (zh) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | 用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711020164.0A CN107946715B (zh) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | 用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107946715A true CN107946715A (zh) | 2018-04-20 |
| CN107946715B CN107946715B (zh) | 2019-12-27 |
Family
ID=61935744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711020164.0A Expired - Fee Related CN107946715B (zh) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | 用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107946715B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108566717A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-09-21 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 采用微波垂直注入激励等离子体发生装置 |
| CN110062516A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-26 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种微波等离子体高温热处理丝状材料的装置 |
| CN110708853A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 吉林大学 | 波导馈入式微波耦合等离子体发生装置 |
| CN113097668A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种c波段百千瓦级稳态高功率水冷微波切换器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004349741A (ja) * | 2003-05-16 | 2004-12-09 | Intelligent Cosmos Research Institute | Ｎｒｄガイド変換器 |
| US20100117757A1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-13 | Koji Yano | Coaxial waveguide converter and radar instrument |
| CN205050972U (zh) * | 2015-10-21 | 2016-02-24 | 西安艾力特电子实业有限公司 | 一种同轴波导转换器插入装置 |
| CN105789805A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-07-20 | 江苏恒达微波技术开发有限公司 | 一种波导同轴转换装置 |
| CN106207485A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-12-07 | 北京航天光华电子技术有限公司 | 一种ku频段等幅调相馈源组件 |
| CN106785286A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-31 | 航天恒星科技有限公司 | 波导同轴转换器 |
-
2017
- 2017-10-27 CN CN201711020164.0A patent/CN107946715B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004349741A (ja) * | 2003-05-16 | 2004-12-09 | Intelligent Cosmos Research Institute | Ｎｒｄガイド変換器 |
| US20100117757A1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-13 | Koji Yano | Coaxial waveguide converter and radar instrument |
| CN205050972U (zh) * | 2015-10-21 | 2016-02-24 | 西安艾力特电子实业有限公司 | 一种同轴波导转换器插入装置 |
| CN105789805A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-07-20 | 江苏恒达微波技术开发有限公司 | 一种波导同轴转换装置 |
| CN106207485A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-12-07 | 北京航天光华电子技术有限公司 | 一种ku频段等幅调相馈源组件 |
| CN106785286A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-31 | 航天恒星科技有限公司 | 波导同轴转换器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张祖成: "高功率微波模式转换及功率合成技术研究", 《CNKI数据库》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108566717A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-09-21 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 采用微波垂直注入激励等离子体发生装置 |
| CN110062516A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-07-26 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种微波等离子体高温热处理丝状材料的装置 |
| CN110062516B (zh) * | 2019-04-15 | 2021-07-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种微波等离子体高温热处理丝状材料的装置 |
| CN110708853A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 吉林大学 | 波导馈入式微波耦合等离子体发生装置 |
| CN113097668A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种c波段百千瓦级稳态高功率水冷微波切换器 |
| CN113097668B (zh) * | 2021-04-08 | 2022-03-25 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种c波段百千瓦级稳态高功率水冷微波切换器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107946715B (zh) | 2019-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107946715A (zh) | 用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器 | |
| CN107871795B (zh) | 一种基于柔性钼衬底的镉掺杂铜锌锡硫硒薄膜的带隙梯度的调控方法 | |
| CN102244051B (zh) | 一种高性能定向导热铜基金刚石复合材料及其制备方法 | |
| Yuan et al. | Sb 2 Se 3 solar cells prepared with selenized dc-sputtered metallic precursors | |
| CN102051603B (zh) | 一种等离子体辅助硒硫化处理装置及工艺 | |
| CN103762257B (zh) | 铜锌锡硫吸收层薄膜及铜锌锡硫太阳能电池的制备方法 | |
| CN106282926A (zh) | 一种室温溅射法制备二氧化钛薄膜的方法 | |
| CN101640298A (zh) | 光伏二次电池 | |
| CN103515482A (zh) | 铜铟镓硒薄膜太阳能电池吸收层及其制备方法和应用 | |
| CN105633263B (zh) | 一种碳纳米纤维/金刚石复合薄膜材料及其作为热电池能量转换器件的应用 | |
| CN102214737B (zh) | 太阳能电池用化合物薄膜的制备方法 | |
| CN104467661A (zh) | 一种太阳能电热集成一体化装置 | |
| CN202246841U (zh) | 一种中频磁控溅射法制备纳米硅薄膜的溅射装置 | |
| CN101447517B (zh) | 一种薄膜型太阳能集电管装置 | |
| CN103147041B (zh) | 透明导电氧化物薄膜的制备方法 | |
| CN102263151B (zh) | 一种太阳能光伏、光热集成模组 | |
| CN108550657A (zh) | 一种提高碲化镉太阳能电池性能的方法 | |
| CN108183142A (zh) | 一种提高基于dmso溶液法制备的铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池性能的方法 | |
| CN102361103A (zh) | 光伏二次电池 | |
| CN210237773U (zh) | 一种管式pecvd设备电极对接装置 | |
| CN104167538B (zh) | 一种Li4Ti5O12/NiSn复合材料的制备方法 | |
| CN105633212A (zh) | 一种基于一步共蒸发工艺制备梯度带隙光吸收层的方法和装置 | |
| CN102097522B (zh) | 铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层的硒化方法 | |
| CN204080187U (zh) | 一种风能供电蓝宝石晶片的长晶炉 | |
| CN102044575B (zh) | 一种表面等离子体氢化硅薄膜太阳电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191227 Termination date: 20201027 |