CN111263858A - 用于等离子体激发的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开总体上涉及尤其在检测到异常事件时，控制到负载的能量分配。本公开的益处包括使放电事件的长度最小化，减轻放电的影响以及引发等离子体的激发方面的改进。与本公开一致的方法和系统改善了对腔室内的操作条件的控制，并且提高了在腔室内更快速地发起等离子体激发的能力。

Description

用于等离子体激发的系统和方法

相关申请的交叉引用

本专利合作条约(PCT)申请与2017年9月26日提交的名称为“UTILIZING ARCMANAGEMENT TO IMPROVE PLASMA IGNITION IN LOWER PRESSURE ENVIRONMENTS(利用电弧管理来改善低压环境下的等离子体激发)”的美国专利申请第62/563,504号有关并要求其优先权，其全部内容通过援引全部并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及在等离子体发生器中激发等离子体。更具体地，本公开涉及在低压环境下激发等离子体。

背景

在自然界中和在等离子体发生器中，电荷可以通过电子的移动或通过离子的移动而移动。等离子体的特征在于气体离子的移动，而等离子体制造过程则依赖于制造产品时气体离子的移动。

与等离子体制造相关联的问题在于可能难以在较低压力条件下发起等离子体状态。低压下的激发困难可能与以下事实有关：腔室内的气体密度低，在这种情况下，可能有相对较少的气体离子和中性原子可用于碰撞。这种碰撞称为电离碰撞，其产生一定程度的电离。没有足够的碰撞，可能就无法达到激发等离子体所必需的电离程度。在较低压力下激发等离子体的困难也可能与处理室的拓扑有关，并且离子和中性原子的移动可能不是激发等离子体的最佳方法。此外，与特定制造过程相关联的其他限制可能会防止将足够的激发电压电平提供给等离子室，因为这样的电压可能会损坏正使用等离子体制造的产品。

由于某些形式的等离子体工艺被优化用于较低的压力，并且由于等离子体激发在较低的压力下较难以发起，因此需要在低压条件下较容易激发或重新激发等离子体状态的系统和方法。与能够在低压环境下引发或激发等离子体相关联的益处包括制造过程的产品通过量增加了，并且固定设备的利用率更大。由此，用于在较低的压力环境下改善等离子体激发的方法和系统对于等离子体处理应用的操作是有益的。

尤其是考虑到这些观察，构思了本公开的各方面。

概述

本公开涉及与等离子体激发有关的方法、设备和电气系统/电路。与本公开一致的方法可以包括：在等离子体腔室激发过程期间，将向等离子体腔室施加的电压从第一电压电平改变到第二电压电平，直到等离子体在等离子体腔室中被激发为止。向腔室施加的第一电压电平和第二电压电平两者都可以是与用于维持等离子体的DC工作电压不同的电压，并且DC工作电压可以是在第一电压电平和第二电压之间的电压电平。在一个示例中，第一和第二电压电平通过以下方式来实现：即通过操作到第二轨道电压(其可以是到电源的返回轨道)的开关，对轨道电压(例如，某个DC电压)进行分流。在另一个示例中，上轨道电压的极性通过电容器的充电/放电操作来改变，例如从负改变到正，该电容充电/放电操作可交替地耦合开关，以对电容器充电并向腔室提供轨道电压，然后通过将电容器连接到第二(返回)轨道，向腔室施加在电容器中切换的电压。

与本公开一致的设备可以包括控制器和一个或多个开关，开关可以是包括晶体管在内的各种形式的电开关元件，其中控制器可以通过在等离子体腔室激发过程期间闭合和断开一个或多个开关来可控制地改变向等离子体腔室施加的电压激发。这样的等离子体腔室激发过程可以包括将向等离子体腔室施加的电压从第一电压电平改变为第二电压电平，直到等离子体被标识为在等离子体腔室中开始激发为止。向腔室施加的第一电压电平和第二电压电平两者都可以是与等离子体腔室的标称工作电压不同的电压，该标称工作电压可以是在第一电压电平和第二电压之间的电压电平。

与本公开一致的设备还可包括电源的第一和第二(或返回)轨道，其形成直流(DC)等离子体腔室和电源之间的电链接。第一和第二轨道也可以被称为上轨道和下(或返回)轨道。这样的设备可以包括多个开关，这些开关将正轨道电耦合到腔室，或者将正轨道电耦合到电源的负轨道(通过二极管)。或者，开关可以被布置为交替地对电容器充电，然后使用已充电的电容器来反转等离子电压的极性。多个开关可以由控制器控制，以按以下顺序在第一开关配置和第二开关配置之间切换：即使得向DC等离子体腔室施加第一电压，然后向DC等离子体腔室施加第二电压，直到在DC等离子体腔室中激发等离子体为止。

附图说明

图1是用于等离子体处理系统的电源电路的框图。

图2是与本公开一致的示例性块电源电路的电路图。

图3A是示出电压在等离子体激发序列期间的改变的示例性时序图。

图3B是示出在与本公开一致的电压反向操作期间，电压在等离子体激发序列期间的改变的示例性时序图。

图4是示出在实现本公开的实施例时可以使用的计算系统的示例的示图。

详细描述

本公开总体上涉及控制到负载的能量分布，并且具体用于激发和维持等离子体负载。本文公开的系统和方法的一个特定优点是用于相对低压的等离子体激发和维持。更特别地，本公开的益处包括但不限于，与常规方法所能实现的相比，在低压环境下更一致并且更迅速地激励等离子体发生器中的等离子体激发。这可能是发起或维持在低压下执行的制造过程所需要的。与本公开内容一致的方法和系统改进了对腔室内的操作条件的控制，并且提高了更快速地发起等离子体腔室中的等离子体激发的能力。

与本公开一致的电压改变电路可以改变向等离子体腔室施加的电压，以便更高效且有效地发起等离子体激发。在一示例中，通过经由该电路从轨道转移(分流)电流来对DC等离子电压进行初始脉冲调制。经初始脉冲调制的DC激发电压能够在低压环境中更好地激发等离子体。一般来说，基于帕申曲线，需要递增的电压(在某些示例中为负值)来在递减的压力下激发等离子体。在某些情况下，所需的电压超过或接近可允许的腔室电压，从而使激发变得富有挑战性。通过激励(脉冲调制)原本的DC等离子体系统的激发序列，使电子分布在腔室周围，从而增加了电离事件导致等离子体激发的可能性。在一示例中，约1毫托的腔室压力是等离子体激发变为常规DC系统所面临的挑战的水平。在一个特定示例中，用于减缓能量放电或电弧放电的同一电路也可以应用于启动或重新启动等离子体的激发。通过与该电路耦合的控制器，低压等离子体激发例程可以使用该电路以及电弧减弱来运行，尽管控制方案不同。

图1示出了包括耦合至腔室的电源的系统的示例性框图。图1的系统可以是更扩展的等离子体处理系统的一部分。特别地，图1包括电源110(例如，DC、脉宽调制电压源)，电源110可以被布置成利用供电电缆向等离子体腔室120施加脉冲DC功率，以促成本领域技术人员已知的各种等离子体处理应用中的任意一种。如所描绘的，电源110还可控制地连接到电压改变反向电路130。

图1中所示的组件可以通过各种手段来实现，并且一种实现方式可在外观上与图1中的描绘不同。例如，所描绘的功能可以由共享组件来实现，使得这些离散功能可能不具有相应的离散硬件或软件构造。而且，所描绘的功能组件可以由在空间上分布在电源周围的硬件和软件组件来实现。图1还包括电感器L1以及电感L2，电感器L1和电感L2可以包括离散的组件或者电缆的电感(或“电缆电感”)。注意，电源110包括第一输出部110A和第二输出部110B。电感器L1可用于通过在电源110的第一端子110A与其他组件之间提供阻抗来将电源110与其他组件隔离。如上所述的电感L2可以是与附接到腔室120的输入端子1的电缆相关联的电感。保护组件140耦合到腔室120的端子2，以在腔室120的端子2和电源110和电压改变反向电路130之间提供隔离。

如图所示，图1的组件包括：电压改变反向组件130，该电压改变反向组件130通常用于更可靠地激发腔室120中的等离子体。另外，当检测到可能在腔室120中发生的电弧时，电压改变反向组件130可以用于熄灭这种电弧。电压改变反向组件130可以在控制器150的控制下操作，其中控制器150控制将上轨道耦合至腔室还是耦合至下轨道以提供分流脉冲，或者控制是否向上轨道施加反向电压(例如，正电压)。由此，控制器150可以控制在给定时刻向腔室120施加多少电压。这样的电压可以大于在电源110的端子110A和110B上提供的标称电压、小于该标称电压或具有与该标称电压相反的极性。电压改变反向组件130可以对供电电压进行脉冲调制，或将该电压反向为(极性相反的)与电源110在腔室120的正常操作期间施加的标称电压相同或接近相同的电压。脉冲调整或电压反向可能发生在等离子体激发过程期间，或者可能会发生以熄灭在腔室120中检测到的电弧。

还示出了保护组件140，该保护组件140操作以防止可能由电压改变反向组件130产生的相对较高的反向电压被施加到腔室120中的等离子体负载。与本公开一致的保护组件可以通过各种手段来实现，并且通常将用作电流控制开关，基于当由电压改变反向组件130施加反向电压时，保护组件140防止电流流入腔室120的端子2，因此保护组件有助于防止向腔室120施加较大的反向电弧处理电压。

控制组件150可以由硬件、与硬件结合的软件、固件或其组合来实现。控制组件可能包括传统的计算机、处理器、数字信号处理器(DSP)、图形处理器、数字逻辑或模拟设备。控制组件可以由例如包括专用集成电路(ASICS)或现场可编程门阵列(FPGAS)的设备来实现。与本公开一致的系统和方法的应用不必限于等离子体制造系统，因为它们可能有益于依赖于受控等离子体的系统中发生电弧放电的其他应用。例如，本公开的系统和方法可有助于优化等离子火箭发动机的性能或效用。

图2是与本公开一致的示例性电源电路的电路图。图2描绘了图1的电源电路的具体示例实施方式；然而，应当认识到，图2中的特定实施方式仅仅是更一般性描绘的示例性实施方式，并且可以利用替代方法来实现图1所示的组件以及本文公开的方法。电源210从第一触点210A和第二触点210B向腔室220的电源触点1和2供电。控制电路250、电压改变反向电路230和保护二极管D3在电源210和腔室220之间。电源以及相关联的第一触点和第二触点可以为正和负(或接地)，并且还可以配置为在上轨道提供负电压，并且在下轨道提供较小的电压。

图2的电压改变反向电路可以对到腔室的电压进行脉冲调制或者可以使电压反向。为了激发腔室220中的等离子体，可以根据不同的控制顺序来切换开关S1和S2。这些顺序可以改变向腔室220施加的电压。开关S1和/或S2的闭合可以以不同的方式改变向腔室施加的电压。对于分流脉冲调制，可以闭合S1或S2以将上轨道连接到下轨道，从而使腔室电压降低。分流脉冲调制实施例可以仅包括一个或另一个二极管开关对(例如，仅S1和D2或仅D1和S2)，而不包括电容器。为了减少这些组件上的压力，可以将S1/D2脉冲导通与S2/D1脉冲导通交错进行(例如，每隔一个脉冲，通过在以下操作之间切换来发起：闭合开关S1，然后闭合开关S2，再回到S1，并以此类推。

对于电压反向，电路包括电容器C1，电容器C1可以由电源210的正轨道210A和负轨道210B通过二极管D1和D2来充电，以提供由电压改变反向电路230使用的电压。电压改变反向电路230还可包括开关S1和S2。当开关S1和S2断开时，由于电流将流动通过二极管D1和D2以及电容器C1，因此电容器C1被充电，直到该电容器C1被充电到电源210经由端子/轨道210A和210B供应的电压或接近该电压为止。通过闭合两个开关，通过将电容器连接到下轨道将电压反向施加至腔室。通过断开两个开关，电容器被重新充电，并且腔室的供电电压返回到上轨道电压。该顺序可以被重复一段时间，或者直到标识出等离子体激发为止。

如上所述，电压改变反向电路230也可以用于熄灭电弧。在检测到电弧的情况下，电源210可以被关闭，或者图2中未示出的开关可以被使用来切断电源210到腔室220的电气连接。在电弧检测之后，可以闭合开关S1和S2，以便电容器C1将向腔室220连接器1和2施加反向电压。S1和S2的闭合使向腔室220施加的电压反向，因为电容器C1连接到二极管D1的一侧现在被电连接到保护组件D3，而电容器C1连接到二极管D2的一侧现在被电连接到腔室220的端子1。此外，当开关S1和S2闭合时，二极管D1和D2由于反向电压而停止导通。反向电压当被施加到腔室220时将迅速停止与在腔室220内检测到的电弧放电(arcing)相关联的电子的流动，因为电弧放电需要存在极性与反向电压相反的电压。

当向腔室220提供反向电压时，保护组件二极管D3可能由于该反向电压而停止导通电流，由此可以防止一定量的反向电流流过腔室220。这是因为当时保护二极管D3可以被施加反向偏压。由此，这样的保护组件(如图1的保护组件140或图2的示例性二极管D3)可以用作电流控制开关，其在流动通过腔室的负载电流接近零安培时断开或停止导通。再次地，与本公开一致的保护组件可以用作电流控制开关，其有助于防止大的反向电弧处理电压直接被施加在腔室220的两个端子1和2上。

在等离子体激发的最初启动期间，或者在电弧处理关闭完成而必须重新启动等离子激发之后，可以利用电压改变反向电路230来改善较低压力下的等离子激发，常规地，在低压下，激发可能是富有挑战性的。低压下的激发难点可能与以下事实有关：腔室内的气体以低密度存在，在这种情况下，可存在相对较少的气体离子和中性原子可用于进行碰撞。这种类型的碰撞被称为电离碰撞，其产生一定水平的电离；在没有足够的碰撞的情况下，可能无法达到激发等离子体所需的电离度。在较低压力下激发等离子体的难点也可能与处理室的拓扑有关，离子和中性原子的移动可能不是激发等离子体的最佳方法。此外，与特定制造过程相关联的其他限制可防止将大于阈值水平的电压提供给等离子体腔室，因为高于该阈值水平的电压可能与损坏使用等离子体制造的产品相关联。

在一示例中，低压激发电路和相关联的技术在将DC电源用于等离子体腔室的系统中可能工作得特别好。在一个实施方式中，控制器250可以操作开关S1或S2以发起电源电路的分流操作，以便转移或改变向腔室施加的轨道电压。对于分流操作，如下文讨论的图3A所示，S1或S2可以被闭合以进行分流，或者可以将闭合开关S1与闭合开关S2交替进行，以分散和减小任一组件上的压力。在图2的开关电路的修改示例中，仅S1和D2或者D1和S2的组合可以被用作分流电路。分流操作包括可控地断开与闭合一个或多个开关，这可以以优选的频率进行。在一个示例中，分流脉冲的电压约为-1900伏，停留时间约为1300微秒(μsec)，间隔为1400μsec，但是取决于腔室和等离子体特性、工艺要求等，还有无数其他可能性。这可以产生要向腔室120施加的变化的激发功率和电压，该变化的电压可以与在激发循环期间具有多个边沿的波形相关联。每个上升沿或下降沿都可能增加电离碰撞充足到足以产生必要的电离度来激发等离子体的可能性。与上升沿或下降沿有关的较高的随时间的电压改变(dV/dt)可能会增加移动离子碰撞(撞击)以引起等离子体激发的可能性。特别地，以给定的频率断开和闭合开关可以在向腔室220提供较低电压与向腔室220提供较高电压之间提供激发功率的多次转换。通过在腔室220上施加不同的电压，电子可以在腔室的输入之间流动，这提供了在腔室中等离子体激发的较高的可能性。使用DC功率的常规电源系统可能无法实现输入之间的电子流动，电子流动是通过操作开关设备，以向原来的DC激发信号(电压)施加变化的输入激发波形(电压)来获得。换句话说，通过经由操作开关设备(例如，电压改变反向电路230)来改变向腔室220施加的DC电压，等离子体激发可以在与利用DC功率的系统相比更低的压力下发生，这些系统不具有这样的开关激发系统。当在激发过程期间闭合开关S1或S2时，图2的电感器L1可有助于将电源210与向腔室220施加的电压隔离，并且电感器L1还可以利用电弧处理能力。

图3A是示出了腔室和等离子体的激发电压在等离子体激发序列期间的改变的示例性时序图。图3的变化的电压是示例性波形，其中向等离子体腔室施加的电压可以变化成激发等离子体。图3A的波形可以通过以给定频率进行切换的开关设备(诸如，例如图2的电源电路的开关S1或S2)来实现。当开关设备断开时，在时间T2或“停留时间”将激发电压施加到腔室。在时间T1(激发脉冲分流时间)期间，开关设备可以闭合以进入电路的分流操作(使施加的电压降低到比轨道电压低的电压)。注意，最初向等离子体腔室施加的电压可被设定为图3B的偏移电压。该偏移电压可以处于低于零伏(0V)的负电压，也在图3A中示出。分流操作的示例是当图2的开关S1或S2中的任意一个按顺序被闭合时，在一时间范围内改变向腔室施加的电压。此时，图2的电感器L1可以使电源210与该变化的电压隔离。分流操作切换序列可以允许电感L2两端的电压降基于与电感L2相关联的阻抗并且基于与电感L2相关联的时间常数而持续。在分流操作期间，当开关S1或S2被按顺序闭合时，二极管D1和D2可能会被施加偏压，从而允许腔室两端的电压被修改。可以重复该过程(断开开关设备以施加激发电压，以及闭合开关设备以用于分流操作)，直到发生等离子体激发为止。注意，图3A示出了腔室电压在时间T2(停留时间)期间从初始偏移电压变为可以为负1975伏特(-1975V)的高负电压，并且在时间T1期间从-1975V变为零伏特(0V)。注意，例如，时间T2可以对应于1300微秒(μsec)的时间，并且时间T2可以是1400μsec。通过该操作，等离子体激发得到了改善，因为与不具有这种开关组件的系统相比，激发可以更快地并且在更低的压力下发生。注意，向等离子体发生器施加的电压多次从高电压转变为低电压，然后再多次转变回高电压，直到在时间T3发生等离子体激发为止。在图3A中，开关S1或开关S2的闭合可导致腔室电压在时间T2处降低至-1975伏，然后当开关S1断开时，腔室电压可例如变为零伏(0V)。开关S1和S2的闭合和断开可以用于控制将向等离子体腔室施加高脉冲负电压达多长时间，并且可以用于控制将把所施加的腔室电压设置为零伏特达多长时间。例如，取决于具体的实施方式，开关S1和S2独立地闭合可以具有相似的分流效果，其导致向等离子体腔室施加相同的电压。可替代地，根据电压改变电路的特定配置，可以使用不同的开关来设置第一电压电平和第二电压电平，第一电压电平和第二电压电平在等离子体点燃过程期间的不同时间被施加到等离子体腔室。

例如，当开关S1和开关S2两者均被闭合一段时间后，所施加的腔室电压可能会变为正，否则，例如向腔室施加的电压可能被控制在零伏和高脉冲负电压电平之间的某一点。例如，在时间T3处和在时间T3之后(在等离子体被激发的时间之后)，等离子体腔室两端的电压可以是负300伏至负400伏。在某些情况下，腔室两端的电压下降可能是等离子体本身的作用。这样，当处于等离子体状态时，可通过气体来设置可操作的等离子体电压。等离子体激发可以依据向腔室提供的电流的增加来检测。

图3B是示出与本公开一致的电压反向激发序列的示例性时序图。特别地，当控制器例如闭合图2的开关设备S1和开关设备S2两者时，电源电路的反向操作状态发生。与本公开一致的激发开关设备可改变跨腔室的电源端子的电压，其中该电压从比与等离子体激发相关联的标称工作电压高的电压开始改变。在某些情况下，这种激发开关设备可以使用反向电压来刺激等离子体激发。在图3B中示出了与反向电压一致的波形。反向电压在通过闭合S1和S2两者使C1反向并向腔室施加与电容器C1相关联的电压时被建立，从而使腔室220的端子1暴露于具有电源电压的反向极性的电压，该反向(正)电压可以接近图3B所示的负电压，尽管正脉冲高度被示为幅值小于负脉冲高度。注意，如前所述，激发开关设备还可以执行熄灭电弧的功能。关于图2的开关S1和S2，这些开关可以以适合于改变向腔室施加的电压的任意顺序来切换。例如，这样的切换顺序包括在不同时间切换S1和S2、切换S1或S2或同时切换S1和S2。二极管D1和D2可以防止电容器C1在不打算放电的时间(在开关S1和S2断开的时间)放电。开关S1和S2的切换可用于改变在腔室两端提供的电压。这可以导致向腔室220施加的电压从偏移电压变为图3B所示的高负脉冲电压。当开关S1和S2两者都闭合时，将向腔室提供反向电压，并且这可能导致向腔室220施加的电压在图3B所示的高负脉冲电压与正电压之间切换。这样，当开关S2闭合时，腔室两端的电压可以被驱动到图3B的高负脉冲电压电平(在时间T2)。可替代地，控制器可以使用图中未示出的不同电路来控制对高负脉冲电压的施加。可以通过闭合开关S1和S2两者来将对反向电压的施加施加至等离子体腔室，从而导致室电压在时间T1变为图3B所示的正电压。通过使电容器C1反向以闭合开关S1和S2，可以通过反向电压来使腔室电压反向。可替代地，电容器C1可以由提供反向电压的电源代替。在某些情况下，反向电压可以对应于与通过电源端子/轨道210A和201B施加的电压幅值相同但极性不同的电压。

如此，与其中DC电源仅在激发电压时才被接通，并且保持被接通直到激发发生为止的替代方法相比，使用与本公开一致的开关组件将更有效地发起等离子体激发。通常，操作开关设备的频率可以是任意频率。然而，观察到越高的频率提供腔室中越高的电子流动，并可能导致越快的等离子体激发。如上所述，当时间T2为1300微秒，并且时间T1为1400微秒时，切换频率可以通过以下公式来计算：1/(T2+T2)＝1/2700微秒＝370.37赫兹。此外，图3A中提供的波形只是以这种方式操作开关设备可引起的一种类型的波形的一个例子。本领域普通技术人员将意识到，波形方面的变化可通过对本文中描述的开关设备进行频率切换而发生，并且该波形可能不包括如图3A和3B所示的方波的尖沿。此外，可以使用与图1和图2示出的电路或组件不同的电路或组件来实现在图3A和3B中示出的切换。

特别地，例如，当控制器闭合图2的开关设备S1和开关设备S2两者时，电源电路的反向操作状态发生。这可通过以相反的极性在腔室220两端施加电容器C1而导致向等离子体负载施加极性相反的电压。如上所述，反向电压的施加可导致腔室电压从图3B的高负脉冲电压切换到图3B所示的正电压。与上述类似，两个开关可以按相同的频率操作以便同时闭合。此时，电源210可能会尝试将腔室电压维持在电源210的轨道电压处，并且当执行腔室激发过程时，与电感L1相关联的阻抗可能会导致电感器L1两端的电压下降。这样，电感器L1可以将电源210与向等离子体腔室施加的切换电压隔离。开关的操作可以产生与图3A所示的波形相似的波形。然而，在这种情况下，向腔室220施加的电压脉冲不在较低或零电压与激发电压之间交替变换，而是这些脉冲可以在较高电压与较低电压之间改变，其中在激发过程期间，等离子体腔室的标称工作电压可以在向等离子体腔室施加的第一电压和第二电压之间。换句话说，通过操作反向电压序列，当在操作状态和反向操作状态之间切换时，可以获得较高的峰峰电压。该较高的峰峰值差可以在腔室220内提供甚至更多的电子激励，以在较低压力的腔室中引起等离子体激发并驱动腔室电压为负。该激励可能导致产生离子，并且可能导致那些离子在等离子体腔室中移动。不管采用分流操作还是反向操作，开关设备都可以由图2的控制器250控制，通过控制改变多少腔室电压来改善需要较低压力来激发的过程或腔室中的等离子体激发。注意，图3B包括许多与图3A相同的特征，但是在电压反向激发序列的上下文中。图3B包括初始偏移电压(可以是除零伏以外的电压)、在时间T2(停留时间)的高电压负脉冲电压、在时间T1激发脉冲分流时间的正电压以及在时间T3的等离子体激发。再一次，等离子体电压同样可以是如负400伏特的电压，并且该电压可以取决于等离子体的特性和等离子体发生器的特性而改变。

图4示出了可用于控制等离子体工艺的操作的计算机系统的示例性框图。图4包括计算设备/计算机系统400，其可以用于实现用于控制与本公开一致的系统或装置的方法。例如，图4的计算系统400包括上述图2的的控制设备250。该计算机系统(系统)可以包括一个或多个处理器402、404、406(402至406)。处理器402至406可以包括一个或多个内部高速缓存(未示出)以及总线控制器或总线接口单元以指导与处理器总线412的交互。处理器总线412也可以是“主机总线”或“前端总线”可用于将处理器402至406与系统接口414耦合。系统接口414可连接到处理器总线412，以将系统400的其他组件与处理器总线412进行接口连接。例如，系统接口414可以包括用于将主存储器416与处理器总线412接口连接的存储器控制器418。主存储器416通常包括一个或多个存储卡和控制电路(未示出)。系统接口414还可包括输入/输出(I/O)接口420，以将一个或多个I/O桥或I/O设备与处理器总线412进行接口连接。如图所示，一个或多个I/O控制器和/或I/O设备(例如I/O控制器428和I/O设备430)可以与I/O总线426连接。系统接口414可以进一步包括总线控制器422，以与处理器总线412和/或I/O总线426交互。

I/O设备430还可以包括输入设备(未示出)，诸如字母数字输入设备，包括用于将信息和/或命令选择传达给处理器402至406的字母数字键和其他键。另一种类型的用户输入设备包括光标控件，诸如鼠标、轨迹球或光标方向键，用于将方向信息和命令选择传达给处理器402至406并控制光标在显示设备上的移动。

系统400可以包括称为主存储器416的动态存储设备，或耦合到处理器总线412的随机存取存储器(RAM)或其他计算机可读设备，用于存储将由处理器402至406执行的信息和指令。主存储器416还可以用于在处理器402至406执行指令期间存储临时变量或其他中间信息。系统400可以包括耦合到处理器总线412的只读存储器(ROM)和/或其他静态存储设备，用于存储用于处理器402至406的静态信息和指令。图4中阐述的系统是根据本公开的方面可以采用或配置的计算机系统的一个可能示例。

根据一个实施例，以上技术可以由计算机系统400响应于处理器404执行包含在主存储器416中的一个或多个指令的一个或多个序列而执行。这些指令可以从另一机器可读介质(诸如存储设备)读入主存储器416中。执行包含在主存储器416中的指令序列可以使处理器402至406执行本文所述的处理步骤。在替代实施例中，可以代替或结合软件指令使用电路。因此，本公开的实施例可以包括硬件和软件组件。

机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式(例如，软件、处理应用程序)存储或传输信息的任意机制。这样的介质可以采取但不限于非易失性介质和易失性介质的形式。非易失性介质包括光盘或磁盘。易失性介质包括动态存储器，例如主存储器416。机器可读介质的常见形式可包括但不限于磁存储介质；可存储介质包括：光学存储介质(例如CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除的可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)；闪存，硬盘驱动器；或其他适合存储电子指令的介质。与本公开一致的控制系统还可包括使用任意标准无线通信技术进行无线通信的设备，包括但不限于WiFi或BLUETOOTH^TM。

本公开的实施例包括在本说明书中描述的各种步骤。这些步骤可以由硬件组件执行，或者可以体现在机器可执行指令中，该机器可执行指令可以用于使用指令编程的通用处理器或专用处理器执行这些步骤。可替代地，这些步骤可以通过硬件、软件和/或固件的组合来执行。控制组件可能包括常规计算机、处理器、数字信号处理器(DSP)、图形处理器、数字逻辑或模拟设备。控制组件可以由包括专用集成电路(ASICS)或现场可编程门阵列(FPGAS)的设备实现。

上面的描述包括体现本公开的技术的示例系统、方法、技术、指令序列和/或计算机程序产品。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所描述的公开。在本公开中，公开的方法可以被实现为设备可读的指令集或软件。此外，应当理解，所公开的方法中步骤的特定顺序或层次是示例方法的实例。基于设计偏好，应该理解的是，在保持在所公开的主题之内的同时，可以重新排列该方法中步骤的特定顺序或层次。随附的方法权利要求以示例顺序呈现了各个步骤的要素，而并不一定意味着限于所呈现的特定顺序或层次。

相信应该通过前述描述来理解本公开及其许多伴随的优点，并且应当显而易见的是，在不脱离所公开的主题或在不牺牲其所有实质优势的情况下，可以对组件的形式、构造和布置进行各种改变。所描述的形式仅是说明性的，并且所附权利要求书旨在包含和包括这种改变。

尽管已经参考各种实施例描述了本公开，但是应当理解，这些实施例是说明性的，并且本公开的范围不限于它们。许多改变、修改、增加和改进都是可能的。更一般地，已经在特定实现的上下文中描述了根据本公开的实施例。在本公开的各个实施例中，功能性可以以方框的形式分开或组合，或者以不同的术语来描述。这些和其他改变、修改、增加和改进可以落入如所附权利要求书所限定的本公开的范围内。

Claims (19)

1.一种用于激发直流(DC)等离子体系统中的等离子体的方法，所述方法包括：

以第一电压电平向直流(DC)供电的等离子体系统的等离子体腔室提供施加电压，所述第一电压电平不同于所述等离子体腔室的工作直流(DC)电压；

使向所述等离子体腔室提供的所述施加电压改变为第二电压电平，其中，所述第二电压不同于所述等离子体腔室的工作电压，并且所述工作电压在所述第一电压电平和所述第二电压电平之间；以及

使所述等离子体腔室的所述施加电压返回到所述第一电压电平，其中向所述等离子体腔室施加的所述电压在所述第一电压和所述第二电压之间改变，直到等离子体在所述等离子体腔室中被激发为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电压电平对应于负电压电平，并且所述第二电压电平对应于比所述负电压电平更负的电压电平。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述等离子体腔室电连接到上轨道和下轨道，所述上轨道和所述下轨道分别连接到电源的第一输出部和第二输出部，所述上轨道处于所述第一电压电平；

所述第二电压电平是通过闭合第一开关，对第一二极管施加偏压使其导通来提供的，所述第一二极管的导通形成所述下轨道和所述上轨道之间的导电路径；以及

所述第一电压电平是通过断开所述第一开关，以消除所述第一二极管上的导通偏压来提供的，其中通过闭合和断开所述开关，使向所述等离子体腔室施加的所述电压在所述第一电压和所述第二电压之间改变，直到等离子体在所述等离子体腔室中被激发为止。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述第一电压电平与改变所述施加电压电平由控制器以标识的频率控制。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括从所述控制器接收一个或多个控制信号，以使所述施加电压电平在所述第一电压电平和所述第二电压电平之间切换。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二电压电平的幅值与所述第一电压电平的幅值相同，并且所述第二电压电平的极性与参考电压的极性相反。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：当与电压反向电路电耦合的第一开关和第二开关断开时，对电容器充电，所述对电容器充电基于在第一二极管和第二二极管被施加正向偏压时，所述第一二极管和所述第二二极管导通，其中：

所述第一二极管电连接到所述DC供电的等离子体系统的上轨道和所述电容器的第一侧，以及

所述第二二极管电连接到所述DC供电的等离子体系统的下轨道和所述电容器的第二侧，

闭合所述第一开关和所述第二开关，以基于将所述电容器的所述第二侧电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述上轨道，并基于将所述电容器的所述第一侧电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述下轨道，使所述等离子体腔室的所述施加电压反向，以及

断开所述第一开关和所述第二开关，以使所述施加电压返回到所述第一电压电平。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

标识与所述等离子体腔室相关联的电弧放电条件；以及

闭合所述第一开关和所述第二开关，以基于将所述电容器的所述第二侧电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述上轨道，并基于将所述电容器的所述第一侧电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述下轨道，使所述等离子体腔室的所述施加电压反向。

9.一种用于发起直流(DC)等离子体系统中的等离子体激发的装置，所述装置包括：

控制器；并且

所述控制器以第一电压电平控制所述DC等离子体系统的等离子体腔室的施加电压，

所述控制器通过影响到所述DC等离子系统的上供电轨道连接，将向所述等离子体腔室提供的所述施加电压改变为第二电压，

所述控制器通过所述上供电轨道到所述DC等离子体系统的受控连接，使向所述等离子体腔室施加的电压在所述第一电压电平和所述第二电压电平之间改变，以及

使所述施加电压在所述第一电压电平和所述第二电压电平之间改变并返回到所述第一电压电平被执行，直到等离子体在所述等离子体腔室处被激发为止。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第一电压电平对应于负电压电平。

11.根据权利要求9所述的装置，进一步包括：

上轨道和下轨道，所述上轨道和所述下轨道分别电连接到所述等离子体腔室的第一电压输入部和第二电压输入部；

第一开关；以及

第一二极管，其中：

所述第二电压电平是通过闭合所述第一开关，以基于对所述第一二极管施加偏压使其导通来提供的，所述第一二极管的导通形成所述上轨道和所述下轨道之间的导电分流路径；以及

所述第一电压电平是在所述第一开关断开时，在所述上轨道处提供的。

12.根据权利要求9所述的装置，其中，所述控制器包括以下中的至少一个：执行存储器中的指令的处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字逻辑或模拟组件。

13.根据权利要求9所述的装置，进一步包括：

电容器；所述DC供电的等离子体系统的上轨道；

所述DC供电的等离子体系统的下轨道；

第一开关和第一二极管，所述第一开关和第一二极管耦合在所述上轨道和所述下轨道之间；以及

第二开关和第二二极管，所述第二开关和第二二极管耦合在所述上轨道和所述下轨道之间，其中：

当电耦合到电压反向电路的所述第一开关和所述第二开关断开时，所述电容器被充电，

所述第一二极管电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述上轨道和所述电容器的第一侧，

所述第二二极管电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述下轨道和所述电容器的第二侧，

所述第一开关和所述第二开关被闭合，以基于将所述电容器的所述第二侧电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述上轨道，并基于将所述电容器的所述第一侧电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述下轨道，使所述等离子体腔室的所述施加电压反向，以及

所述第一开关和所述第二开关被断开，以使所述施加电压返回到所述第一电压电平。

14.根据权利要求13所述的装置，其中：

与所述等离子体腔室相关联的电弧放电条件被标识，

所述第一开关和所述第二开关被闭合，以基于将所述电容器的所述第二侧电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述上导轨道，并基于将所述电容器的所述第一侧电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述下轨道，使所述等离子体腔室的所述施加电压反向。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述等离子体腔室通过以下方式来重新启动：以标识的频率执行使所述施加电压电平在所述第一电压电平和所述第二电压电平之间改变并返回到所述第一电压电平，直到等离子体在所述等离子体腔室处被激发为止。

16.根据权利要求9所述的装置，进一步包括电压源，所述电压源由一个或多个开关可控地切换，以向等离子体腔室的一个或多个端子提供与所述电压源相关联的电压。

17.一种用于发起直流(DC)等离子体系统中的等离子体激发的装置，所述装置包括：

上轨道和下轨道，所述上轨道和下轨道被设置为形成分别在DC等离子体腔室与电源的第一输出部和第二输出部之间的电连接；

多个开关，当所述多个开关中的至少一个闭合时，将电压改变电路电耦合到所述电源的所述上轨道或所述下轨道中的至少一个；以及

耦合到所述多个开关的控制组件，所述控制组件控制在至少第一开关配置和第二开关配置之间的切换，其中，所述控制组件控制：

闭合所述多个开关中的至少第一开关，以将所述电压改变电路电耦合至所述电源的所述上轨道或所述下轨道中的至少一个，以向所述DC等离子体腔室提供第一电压，闭合所述第一开关对应于所述第一开关配置，

使所述多个开关中的所述第一开关和第二开关根据所述第二开关配置断开或闭合，所述第二开关配置向所述DC等离子体腔室提供第二电压，

基于向所述DC等离子体腔室提供的所述第一电压和所述第二电压之间的切换，在所述第一开关配置和所述第二开关配置之间进行切换，直到发生等离子体的激发为止。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述电压改变电路包括能量源。

19.根据权利要求18所述的装置，进一步包括：

电容器；

第一二极管，所述第一二极管在所述上轨道和所述下轨道之间与所述第一开关串联耦合；以及

第二二极管，所述第二二极管在所述上轨道和所述下轨道之间与所述第二开关串联耦合，其中：

所述电容器被定位成，当所述第一开关和所述第二开关被断开时，提供通过所述第一二极管和所述第二二极管的充电路径，

所述第一开关和所述第二开关被闭合，基于将所述电容器电连接到所述DC供电的等离子体系统的所述上轨道和所述下轨道，使所述等离子体腔室的所述施加电压反向。

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