CN111128668B - 一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统及方法，旨在解决现有技术中存在的阻抗匹配系统尺寸大以及适用性差的问题，本发明的一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统，包括固定匹配器和宽频射频源；固定匹配器包括固定电容C1和固定电容C2；固定电容C1一端与放电腔内的射频天线连接，另一端通过射频传输线与宽频射频源的输出端连接固定电容C2一端通过射频传输线与宽频射频源的输出端连接，另一端接地；宽频射频源用于调节射频频率。基于一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统，本发明还提供了一种用于射频等离子体的阻抗匹配方法，该方法操作简单效率高。

Description

一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统及方法。
背景技术
现有技术中用于射频等离子体的阻抗匹配系统，如图1所示，射频等离子体包括放电腔01，放电腔01内设有射频天线02，阻抗匹配系统包括可调匹配器03和点频射频源04；可调匹配器03的输出端与放电腔01内的射频天线02(即负载)连接，可调匹配器03的输入端通过射频传输线05与点频射频源04的输出端连接；可调匹配器03包括两个可调电容器，每个可调电容器分别通过一个电机06进行调节；点频射频源04用于输出固定频率，然后经过可调匹配器03时，通过电机06调节可调电容器实现与负载之间的阻抗匹配。
其不足是，因电机体积、重量均较大，导致现有的阻抗匹配系统整体尺寸及重量均较大，占用空间大，不好搬运；并且很多环境为防止发生危险而禁止使用电机，因此现有的阻抗匹配系统难以满足使用要求。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的阻抗匹配系统尺寸、重量较大以及适用性差的问题，而提供了一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统及方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
本发明的一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统，其特殊之处在于：包括固定匹配器和宽频射频源；
所述固定匹配器包括固定电容C1和固定电容C2；
所述固定电容C1一端与放电腔内的射频天线连接，另一端通过射频传输线与宽频射频源的输出端连接；
所述固定电容C2一端通过射频传输线与宽频射频源的输出端连接，另一端接地；
所述宽频射频源用于调节射频频率。
进一步地，所述宽频射频源的调节范围为1MHz～5MHz。
进一步地，所述宽频射频源的调节精度为1kHz。
基于上述的一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统，本发明还提供了一种用于射频等离子体的阻抗匹配方法，其特殊之处在于：
包括以下步骤：
步骤1)选择固定电容C1和固定电容C2，固定电容C1和固定电容C2的容值满足：在放电腔内无等离子体产生时，宽频射频源与负载端的阻抗匹配，此时负载端的反射功率为零；
步骤2)向放电腔内通电，使其产生等离子体，调节宽频射频源的频率，并不断检测负载端的反射功率大小，直至负载端的反射功率为零。
进一步地，步骤2)中调节宽频射频源的频率时，将步进精度控制在1Hz。
本发明的有益效果是：
1.本发明将点频射频源设置为可调的宽频射频源，并将可调电容设计为固定电容，固定电容不再需要连接电机，因此，极大程度降低整个系统尺寸及重量。
2.本发明不再需要电机来控制电容调谐，因此本系统可用于一些不能使用电机的环境中，环境适应性更强。
3.电机调节电容是通过机械转动部件实现调节，因此速度较慢，而本发明通过宽频射频源调频，利用其内部电路信号的变化来实现调节，调节速度更快、效率高。
附图说明
图1是现有的阻抗匹配系统的结构示意图；
图中，01-放电腔，02-射频天线，03-可调匹配器，04-点频射频源，05-射频传输线，06-电机；
图2是本发明一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统的结构示意图。
图中，1-固定匹配器，2-宽频射频源，21-射频传输线，3-放电腔，31-射频天线。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统及方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于射频等离子体的阻抗匹配系统，如图2所示，包括固定匹配器1和宽频射频源2；
固定匹配器1包括固定电容C1和固定电容C2；
固定电容C1一端与放电腔3内的射频天线31连接，另一端通过射频传输线21与宽频射频源2的输出端连接；固定电容C2一端通过射频传输线21与宽频射频源2的输出端连接，另一端接地。
宽频射频源2用于调节射频频率，宽频射频源2的调节范围为1MHz～5MHz，宽频射频源2的调节精度为1kHz。
由此，在放电腔内未产生等离子体时，宽频射频源产生一定频率的功率，通过射频传输线再经固定匹配器内的固定电容调谐，实现与射频天线之间的阻抗匹配，此时的射频天线阻抗即为负载阻抗。通过宽频射频源内的定向耦合器监测反射功率，此时的反射功率应为零。
当放电室内的气体被电离，产生等离子体时，等离子体阻抗与射频天线阻抗共同形成负载阻抗，负载阻抗与之前未形成等离子体时不同，此时通过不断微调宽频射频源的频率，利用其内的定向耦合器监测发射功率，来实现与负载阻抗的匹配；不再需要通过电机调节匹配器内电容。减小了系统整体的尺寸及重量，同时可适用的环境范围增大，并且通过宽频射频源的电信号进行调谐，相比传统的通过机械传动进行调谐其效率得到了提升。
本发明一种用于射频等离子体的阻抗匹配方法，其步骤如下：
步骤1)在放电腔内无等离子体产生时，选择合适容值的固定电容C1和固定电容C2，所谓合适容值以实现宽频射频源与负载端(负载阻抗此时仅体现为射频天线的阻抗)的阻抗匹配为基准，此时负载端的反射功率为零；
步骤2)向放电腔内通电，使其产生等离子体，等离子体产生后，则负载阻抗发生变化，负载阻抗此时体现为等离子体与射频天线的阻抗叠加，因此定向耦合器检测到负载端的反射功率不为零；此时，通过调节宽频射频源的频率，将步进精度控制在1kHz(视具体情况而定)，并不断检测负载端的反射功率大小，直至该反射功率为零，最终实现负载与宽频射频源的匹配。
该方法操作简单且效率高。

Claims (2)

1.一种用于射频等离子体的阻抗匹配方法，其特征在于：基于用于射频等离子体的阻抗匹配系统；
所述用于射频等离子体的阻抗匹配系统包括固定匹配器(1)和宽频射频源(2)；
所述固定匹配器(1)包括固定电容C1和固定电容C2；
所述固定电容C1一端与放电腔(3)内的射频天线(31)连接，另一端通过射频传输线(21)与宽频射频源(2)的输出端连接；
所述固定电容C2一端通过射频传输线(21)与宽频射频源(2)的输出端连接，另一端接地；
所述宽频射频源(2)用于调节射频频率；
所述宽频射频源(2)的调节范围为1MHz～5MHz；所述宽频射频源(2)的调节精度为1kHz；
所述用于射频等离子体的阻抗匹配方法包括以下步骤：
步骤1)选择固定电容C1和固定电容C2，固定电容C1和固定电容C2的容值满足：在放电腔内无等离子体产生时，宽频射频源与负载端的阻抗匹配，此时负载端的反射功率为零；
步骤2)向放电腔内通电，使其产生等离子体，调节宽频射频源的频率，并不断检测负载端的反射功率大小，直至负载端的反射功率为零。
2.根据权利要求1所述的一种用于射频等离子体的阻抗匹配方法，其特征在于：
步骤2)中调节宽频射频源的频率时，将步进精度控制在1Hz。
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