FR2702328A1 - Dispositif de production d'un plasma. - Google Patents

Abstract

Le dispositif comprend une cavité (1) délimitée par une paroi extérieure métallique (10) et traversée par un tube de décharge (2) dans lequel circule un gaz plasmagène, un générateur de micro-ondes et des moyens de transport (4, 5) des micro-ondes entre la sortie du générateur et l'intérieur de la cavité (1), comprenant un guide d'ondes (4) et une antenne (5) en forme de tige métallique (50) s'étendant entre l'intérieur du guide d'ondes (4) et l'intérieur de la cavité (1). Selon l'invention, le tube de décharge (2) est doté d'un grand diamètre et l'antenne (5) est munie d'une barre capacitive (6) pour en augmenter la hauteur effective. Il est également prévu un filtre (7) empêchant l'établissement du mode fondamental (TE1 1 ) dans la cavité (1) et des filtres latéraux (8, 8') évitant les fuites d'ondes évanescentes. Utilisation dans les applications des plasmas de forte puissance.

Description

La présente invention concerne un dispositif de production d'un plasma du type comprenant une cavité délimitée par une paroi extérieure métallique et traversée par un tube de décharge dans lequel ircule un gaz plasmagène (ou tube plasmagène), un générateur de microondes et des moyens de transport des micro-ondes entre la sortie du générateur et l'intérieur de la cavité.

Ce dispositif constitue un coupleur microondes/plasma pour produire un plasma par une méthode utilisant la résonance d'ondes électromagnétiques dans la gamme des hyperfréquences.

Des coupleurs du tvpe ci-dessus sont bien connus dans la technique de la production de plasma. La cavité résonante a le plus souvent une forme cvlindrique ou parallélépipédique et, dans Ull premier type de réalisation, les ondes produites par le générateur sont transportées vers la cavité-par un guide d'ondes dimensionné en fonction de la longueur d'onde des ondes à transmettre. Entre le guide d'ondes et la cavité est disposé un iris, c'est-àdire un orifice équipé d'un certain nombre de vis de réglage (STErB). Ce réglage a pour but d'"accorder" le coupleur, c'est-à-dire de maximiser le rapport de l'énergie transmise au plasma à l'énergie délivrée par le générateur.

La cavité est également dimensionnée en fonction de la longueur a'onde, de façon à ce qu'il se forme, à l'intérieur, des ondes stationnaires. En général, la géométrie du système est étudiée de telle sorte que le gaz plasmagène circule dans la cavité, en un endroit où le champ électrique est maximum car plus ce champ est élevé, plus l'énergie communiquée au gaz plasmagène est importante.

Ces coupleurs de la technique antérieure souffrent d'une limitation de la puissance de sortie du plasma. Dans l'exemple d'un plasma d'azote, il semble impossible de dépasser une puissance transmise de 800 X, même avec un générateur de micro-ondes de 6 kw. En conséquence, pour de nombreuses applications requérant des plasmas très énergétiques, il est indispensable de prévoir plusieurs coupleurs et plusieurs générateurs, ce qui complique beaucoup cette application. En outre, dans certains procédés industriels nécessitant un plasma énergétique, il n'est pas possible de disposer plusieurs coupleurs pour des raisons d'encombrement.

Enfin, l'iris et le dispositif de réglage nécessitent de nombreuses manipulations, de sorte qu'ils sont assez mal adaptés à une utilisation dans un procédé industriel.

Dans un second type de réalisation, connu par exemple d'après la demande de brevet français
FR-A-2 074 715, les micro-ondes sont transportées entre le générateur et la cavité au moven d'un câble coaxial.

Néanmoins, dans l'état actuel de la technologie de ces câbles coaxiaux, ils ne permettent pas de véhiculer des densités d'énergie importantes en raison de la tenue insuffisante du diélectrique intercalaire lorsqu'on le soumet à un champ électrique intense. En pratique, les coupleurs décrits dans cette demande de brevet sont actuellement limités à une puissance incidente de l'ordre de 800 W. Ces limitations rendent les coupleurs à câbles coaxiaux peu appropriés pour la production de plasmas très énergétiques (typiquement plus de 1 kW).

Pour remédier aux inconvenients des coupleurs connus, la Demanderesse a proposé dans la demande de brevet français FR--2 665 323, un dispositif plus simple et permettant surtout d'engendrer un plasma très énergétique en optimisant le rapport de la puissance transmise au plasma à la puissance de sortie du générateur
Ce disposition de production d'un plasma comprend une cavité délimitée par une paroi extérieure métallique et traversée par un tube de décharge dans lequel circule en service un gaz plasmagène, un générateur de micro-ondes et des movens de transport des micro-ondes entre la sortie du générateur et l'intérieur de la cavité.

Dans ce dispositif, les moyens de transport des micro-ondes comprennent un guide d'ondes et une antenne en forme de tige métallique s'étendant entre l'intérieur du guide d'ondes et l'intérieur de la cavité.

Te transport des micro-ondes est donc rendu possible par Ull agencement guide d'ondes/antenne, ce qui présente l'avantage d'une grande simplicité que les coupleurs à guide d'ondes de la technique antérieure n nbtenaient pas à cause de l'obligation d'utiliser un et un dispositif de réglage associe. En outre, cet agencement minimise les pertes de puissance au niveau de la transition vers la cavité, ce qui permet d'atteindre de très fortes valeurs de puissance transmise au gaz plasmagène. Cette transition n'impose pas la présence d'éléments diélectriques qui, dans les coupleurs connus à cable coaxial, limitent considérablement les puissances incidentes possibles.

Enfin, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le gaz circulant dans le tube plasmagène est exposé aux ondes transmises à l'intérieur de la cavité sur une longueur réduite par rapport à la dimension de la cavité parallèlement à la direction du tube plasmagène.

Grâce à un tel dispositif, la Demanderesse a pu observer des puissances transmises au plasma largement supérieures à celles rencontrées avec les coupleurs classiques. Dans l'exemple d'un plasma d'azote, on parvient ainsi à des puissances transmises de plusieurs kilowatts alors qu'un coupleur classique est limité à environ 800 W.

Cependant l'expérience a montré, du fait précisément des puissances importantes que permet d'atteindre ce dispositif, que des surchauffes locales du tube plasmagène pouvaient se produire. Dans des cas très défavorables, par exemple en production continue de plasma, il est arrivé que ce tube, réalisé en quartz, fonde. On ne peut donc exploiter entièrement les potentialités pertes,
Or les applications préférentielles visées par l'invention sont telles que l'on cherche à obtenir une puissance transmise importante.

C'est donc un des buts principaux que se fixe 1' iwjention, à savoir transmettre le maximum d'énergie possible au gaz circulant dans le tube plasmagène.

Un autre but, corollaire du premier, est d'augmenter le débit du plasma généré.

On pourrait penser que, pour résoudre le problème de surchauffes locales, on puisse utiliser un tube à double enveloppe et faire circuler entre les deux enveloppes un fluide de refroidissement. Cependant, cela entraîne automatiquement une diminution du rendement car le tube intérieur, dans lequel circule le gaz, se trouve trop éloigné de la région où le champ est maximal. Cette disposition va donc à l'encontre du but recherché.

Selon l'invention, on utilise un diamètre de tube plasmagène plus important que ceux utilisés dans l'Art
Connu. Par cette disposition, on peut augmenter le débit de plasma généré. Cependant, la fréquence des micro-ondes utilisées dans les domaines d'application préférés visés par l'invention, se situe généralement dans une gamme élevée, typiquement, sans que cela soit naturellement limitatif, à 2450 MHz, ce qui constitue un standard de fait.

Augmenter le diamètre du tube dans lequel circule le gaz est alors incompatible avec les choix de fréquence qui viennent d'être rappelés, du moins pour que le dispositif selon l'invention atteigne pleinement les buts fixés.

Pour ce faire, selon l'invention, on recourt à des dispositions qui autorisent simultanément un fort débit, ce que permet un tube de diamètre important, et un couplage optimal, c'est-à-dire un T.O.S. (Taux d'Ondes
Stationnaires) peu différent de l'unité.

Une première disposition consiste à munir l'antenne d'une barre capacitive de sorte que celle-ci voit sa longueur effective augmentée, le diamètre important du tube plasmagène limitant la pénétration de l'antenne dans la cavité.

Une deuxième disposition consiste à placer un filtre de mode dans la cavité. Le but de ce filtre est d'éviter le développement du mode fondamental TE11 de la cavité, mode non désiré dans cette application.

Dans un mode de réalisation préféré de l'inv-ention, on utilise en outre des "pièges" à ondes évanescentes pour éviter les fuites de micro-ondes.

L'intention a donc pour objet un dispositif de production d'un plasma comprenant une cavité résonante délimitée par une paroi extérieure métallique et traversée par un tube de décharge dans lequel circule en service un gaz plasmagène, un générateur de micro-ondes et des moyens de transport des micro-ondes, entre la sortie du générateur et l'intérieur de la cavité, ces moyens de transport des micro-ondes comprenant un guide d'ondes et une antenne en forme de tige métallique s'étendant suivant une direction déterminée entre l'intérieur du guide d'ondes et l'intérieur de la cavité, caractérisé en ne que ledit tube à décharge a un diamètre intérieur supérieur ou égale la demi-longueur d'onde desdites micro-ondes, longueur d'onde telle que mesurée dans des conditions de propagation isotrope, en ce que ladite antenne en forme de tige métallique comporte des moyens pour en augmenter la longueur effective et en ce qu'il comprend des moyens disposés à l'intérieur de la caité résonante pour empecher l'établissement en son sein, du mode fondamental de résonance TEll propre à cette catit.

Par les dispositions adoptées, l'invention présente de nombreux aantages dont quelques-uns ont déjà été évoqués.

Le diamètre important du tube plasmagène permet un fort débit.

Ces dispositions permettent également un grand volume de génération du plasma, donnant un temps de contact cesPèce-champ électromagnétique J élevé.

L'augmentation de la longueur effective de l'antenne permet un bon couplage, le diamètre important du tube plasmagène limitant la pénétration de l'antenne dans la cavité
En outre, le dispositif de l'invention conserve intégralement les avantages offerts par le dispositif selon la demande de brevet français FR-3-2 665 323 précité.

Notamment le réglage du T.O.S. est obtenu à l'aide d'un organe unique, en l'occurrence grace a une molette filetée.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en regard des figures annexées et parmi lesquelles:
- la figure 1 est une vue en coupe, suivant une direction x-x', d'un dispositif selon une variante préférée de l'invention;
- la figure 2 est une vue en coupe partielle, suivant une direction orthogonale à la direction x-x', du même dispositif;
- la figure 3 illustre schématiquement un filtre entrant dans la réalisation du dispositif selon l'invention;
- les figures 1 et 5 sont des diagrammes relatifs à certains gaz plasmagènes pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention.

Dans ce qui suit, pour fixer les idées, il sera supposé, dans un premier temps, que le gaz plasmagène est de l'azote et que la fréquence des micro-ondes utilisées est de 2450 MHz Il va de soi que d'autres gaz sont utilisables et que l'on peut sélectionner d'autres fréquences. Des exemples en seront donnés ultérieurement.

Comme il a été précédemment indiqué, le dispositif selon l'invention, outre les dispositions qui lui sont propres, reprend les principales caractéristiques enseignées par la demande de brevet français FR-A-2 665 323 précitée et en conserve les avantages. On pourra se reporter avec profit à cette demande de brevet pour une description détaillée de ce dispositif.

Le dispositif de l'invention va maintenant être décrit par référence aux figures 1 et 2 qui illustrent un exemple de réalisation selon un mode préféré.

Le dispositif conforme S la présente invention comporte une cavité résonante 1 délimitez par une paroi extérieure métallique 10. Un tube cylindrique en quartz dit tube de décharge, traverse la cavité 1 selon un axe x'. Le gaz plasmagène s'écoule dans le tube 2 dans le sens indiqué par les flèches F. Ce sens pourrait d'ailleurs être inversé sans perdre les effets recherchés par l'invention.

La paroi extérieure 10 de la cavité 1 a une forme cylindrique dans l'exemple illustré. Elle définit, à l'intérieur de la cavité 1, une surface périphérique 11 de révolution autour de l'axe x-x' du tube de décharge 2 et deux surfaces transversales 12, comportant deux orifices 14, 15, prévus pour laisser passer le tube de décharge 2.

Des conduits 18 débouchant dans la surface périphérique ll de la cavité sont reliés à un dispositif, non représenté, destiné à faire circuler de l'air comprimé dans la cavité 1 afin de refroidir la cavité 1 et le tube de décharge 2 en fonctionnement.

Un générateur de micro-ondes 3 délivre des microondes de fréquence prédéterminée, par exemple de fréquence f = 2450 MHz. Le générateur 3 peut être un générateur usuel à magnétron.

Un guide d'ondes 9 et une antenne 5 comprenant une tige 50 assurent le transport des micro-ondes entre la sortie du générateur 3 et l'intérieur de la cavité 1. Le guide d'ondes 4 s'étend dans une direction z-z' représentée en traits mixtes à la figure 2 et présente une section rectangulaire définie par quatre surfaces. I1 est fiyé au générateur 3 par des vis (non représentées) traversant des trous 44 prévus sur une embase 45. Bien entendu, le guide d'ondes 1 est dimensionné, de façon classique, en fonction de la longueur d'onde des micro-ondes à transnlettrer
Ces dispositions d'ordre constructionnel sont grande partie, semblables à celles enseignées par la demande de brevet précitée.

Les dispositions propres à l'invention vont maintenant être décrites.

Une des caractéristiques essentielles de l'invention est de mettre en oeuvre un tube plasmagène 2 de fort diamètre. Ce tube va permettre un débit important. z titre d'exemple non limitatif, le diamètre extérieur du tube pourra être choisi égal à 50 mm environ.

De façon plus générale, le diamètre du tube doit être de l'ordre ou supérieur à la demi-longueur d'onde des micro-ondes excitatrices. Cependant, il doit bien être entendu que cette longueur d'onde n'est pas celle que l < n peut mesurer à l'intérieur de la cavité 1 mais elle sera définie comme celle mesurée dans des conditions de propagation isotrope.

Comme il a été signalé auparavant, une des fréquences usuelles utilisées dans les générateurs de micro-ondes est la fréquence 2450 MHz, ce qui constitue un quasi-standard. Cette fréquence est donc relativement élevée. Cependant, même si l'on utilise des fréquences plus basses, comme il sera indiqué ultérieurement, le diamètre important sélectionné pour le tube plasmagène interdit alors un couplage optimum car cette disposition limite la pénétration de l'antenne dans la cavité 1.

Selon une autre caractéristique importante, on munit l'antenne 5 de moyens permettant d'en augmenter la longueur effective. Dans une variante préférée de réalisation, on dispose sur l'extrémité de la tige 50 de l'antenne 5, proche de la cavité 1, une barrette métallique capacitive 6. Cette barrette métallique 6 est disposée à angle droit avec la tige 50 et s'étend parallèlement à l'axe xx'. Dans les conditions précédemment indiquées (fréquence égale à 2a50 MHz notamment) , la barrette à des dimensions typiques de 10 mm de large, 3 mm d'épaisseur et une longueur d'environ x/2. est réalisée en un métal qui peut être choisi parmi les suivants: cuivre, laiton, etc.

Cette disposition augmente artificiellement la hauteur de l'antenne 5. Celle-ci n'a donc plus besoin de pénétrer profondément dans la cavité pour assurer un bon couplage énergétique.

Le guide d'onde 4 et la cavité 1 sont munis d'orifices, respectivement 46 et 16 pour aménager un nouplage entre ces deux organes, via un tube intermédiaire 17, laissant passer la tige 50 de l'antenne 5.

On doit veiller également à ce que ne se développe pas au sein de la cavité 1 le mode fondamental de résonance TE11 visé. Pour ce faire, selon une autre disposition adoptée par l'invention, on insère un élément dans la cavité évitant 1 'établissement de ce mode. Dans une variante de réalisation préférée, on dispose un "piège" ou filtre de mode 7. Celui-ci peut être constitué par une bague en métal 70, par exemple du laiton. Celle-ci est à son tour entourée, dans l'exemple illustré, par une bague 71 en matériau isolant, par exemple du Téflon. Pour maintenir cet ensemble au centre de la cavité résonante 1, par rapport aux parois latérales 12 et 13, on peut utiliser des pattes de calage 72, également en Téflon.Dans l'exemple illustré, on a utilisé trois pattes, régulièrement réparties, à 1200.

Ces dispositions permettent en combinaison, d'assurer à la fois un grand volume de génération du plasma, donnant un temps de contact [espèce-champ électromagnétiquel élevé. Elles assurent par ailleurs une bonne homogénéisation. Le non-confinement du plasma permet d'éviter les problèmes de fusion du tube plasmagène sous puissance importante.

Des tests ont montré que 'nn pouvait faire fonctionner le coupleur selon l'invention pour des puissances égales ou supérieures à 6 KW.

On peut encore améliorer le couplage et parfaire le fonctionnement du dispositif selon l'invention en adoptant une disposition supplémentaire. On place, de part et d'autre du "piège" central 7 éliminant le mode fondamental, des "pièges" latéraux 8 et 8' à ondes évanescentes ; évitant ainsi l'évasion des micro-ondes.

Ces "pièges" peuvent être constitués par des cylindres en métal entourant le tube plasmagène. Dans l'exemple illustré par la figure 1, la cavité 1 est prolongée selon l'axe -', par deux manchons latéraux entourant le tube plasmagène 2, à partir des orifices 14 et 15.

En réalité, toujours dans l'exemple illustré, les parois 12 et 13 terminant la cavité 1 font partie intégrante des pièces constituant les pièges latéraux. Mais ce n'est là qu'un choix purement technologique qui ne limite en rien la portée de 1 invention. La cavité résonante 1 va etre constitué dans se cas par un simple tube 10 aux extrémités duquel ont être fixées, par tout moyen convenable (vis, etc.), les parois 12 et 13 des deux pièges latéraux. Ces parois ferment la cavité 1.

Des améliorations supplémentaires peuvent être apportées au dispositif de l'invention.

La première amélioration possible consiste à dorer tout ou partie des pièces véhiculant des courants haute fréquence pour limiter les pertes par effet de peau.

Ce sont notamment les surfaces internes de la cavité 1: 11 à 13; du guide d'onde 1: 40 à 43; du tube 47: 470; la surface interne 48 du puits de l'antenne 5 et la surface de la tige 50 de celle-ci: 1.

La seconde amélioration possible consiste à refroidir le corps de la cavité résonante Diverses méthodes sont communément utilisées dans l'Art Connu, en particulier on peut la munir d'ailettes extérieures de refroidissement, faire circuler du fluide réfrigérant sur la paroi externe 17 de la caité 1, pour évacuer les calories, etc., notamment si on vise de fortes puissances en continu.

Enfin, le dispositif de l'invention, dans sa version de réalisation préférée, présente également l'avantage de pouvoir régler le TOS à l'aide d'un moyen unique, à savoir un bouton fileté 9. Cet organe est analogue à celui décrit dans la demande de brevet précitée et il est inutile de le redétailler. Pour éviter la rotation de la barrette 6 lors du réglage de l'accord par la vis 9, on prévoit avantageusement un système de transmission du mouvement rotatif en mouvement de translation.

Le réglage de l'antenne 5 par coulissement le long de son axe }-;' permet d'accorder la cavité rêsonante.

Cet accord consiste à minimiser le taux d'ondes stationnaires TOS, défini par la formule:
PR [TOS - 1!2 (1) PI [TOS 2 1J2
formule dans laquelle PR désigne la puissance réfléchie par le plasma et PI la puissance incidente de sortie du générateur. La puissance réfléchie est la puissance qui n'est pas transmise au plasma. Dans la présente invention, le coulissement de l'antenne 5 modifie la géométrie des lignes de champ à l'intérieur de la cavité 1, car il modifie la longueur de pénétration de l'antenne 5 dans cette cavité. Une position optimale existe pourminimiser le TOS; l'accord consiste à rechercher cette position.

L'accord du coupleur par la molette 9 a bien entendu un caractère optionnel dans le cadre de la présente invention Notamment, si le coupleur est destiné à une application unique, avec un seul gaz plasmagène, il peut être intéressant de supprimer le bouton de réglage 9. Le coupleur est, dans ce cas, accordé une fois pour toutes et le réglage ne peut pas être perdu.

Pour fixer les idées, on va indiquer à présent, sans que cela soit limitatif de la portée de l'invention, quelques-unes des valeurs numériques typiques importantes.

Bien entendu, le guide d'ondes 1 est dimensionné, de façon classique, en fonction de la longueur d'onde des micro-ondes à transmettre. Comme il a été indiqué, la longueur d'onde Xg des micro-ondes dans le guide d'ondes 1 diffère de la longueur d'onde Xv des mêmes micro-ondes dans le vide.

La longueur du guide d'ondes 1, entre parois 12 et 13 est égale à #g. Le filtre de mode 7 est disposé à #g/2 et l'axe y-y' de l'antenne 5 @perpendiculaire à x-x'@ est situé à #g/4 de la paroi 13 (dans l'exemple illustré).

Naturellement, il pourrait également s'agir de la paroi opposée 12.

On suppose que le tube en quartz 2 a un diamètre extérieur de 60 mm et une épaisseur de paroi de 1,5 mm. La bague métallique 70 a une épaisseur de 5 mm. Il en est sensiblement de même pour a bague 71 et les pattes de maintien 72.

Les "pièges" latéraux ont une longueur au moins égale à #g/4, entre les parois latérales respectives 12 et 13 de la cavité résonante 1 et leurs extrémités.

Enfin, comme dans la demande de brevet français précité, l'extrémité de l'antenne 5, proche de la molette de réglage 9, est disposée dans un puits de hauteur Xv/4, pour obtenir une impédance infinie et donc créer une paroi fictive au débouché de l'antenne 5 dans le guide 4.

Jusqu'à présent, il a été admis que le gaz plasmagène était de l'azote. Cependant divers gaz plasmagènes sont utilisables: parmi ceux-ci, outre l'azote, on peut utiliser, sans que cela soit limitatif, l'air, l'hélium, l'argon, l'oxygène, l'hydrogène, l'ammoniaque, l'oxyde de soufre ou tout mélange gazeux.

La Demanderesse a procédé à des expériences avec un dispositif conforme à l'invention.

Les résultats obtenus avec l'azote, l'hélium, l'argon et l'air sont indiqués dans ce qui suit, dans diverses conditions de pressions et de puissances incidentes.

1. Pour l'azote et l'air:
a) A 10 hPa, quelle que soit la puissance incidente comprise entre 1 et 6 kW, la puissance réfléchie est constante et sensiblement égale à 50 W.

b) A la pression atmosphérique (&num;1013 hPa), quelle que soit la puissance incidente comprise entre 1 et 6 kW, la puissance réfléchie n'excède pas 650 W.

2. Pour l'hélium et l'argon, les résultats sont plus complexes et sont donnés par les courbes des figures 4 et 5, respectivement.

On constate, pour des puissances incidentes supérieures à 1 à 2 kW, que la puissance réfléchie augmente très vite, ce d'autant plus que la pression est faible. En outre, cet effet est plus marqué pour I 'hélium. En conclusion, cette cavité est particulièrement adaptée pour l'azote ou l'air pour toute pression inférieure ou égale à la pression atmosphérique, et pour les gaz mono-atomique pour des pression supérieures à 10hPa.

La présente invention n'est pas limitée au exemples décrits ci-dessus en référence aux dessins.

On a fait référence à la valeur de fréquence de 2450 MHz pour les micro-ondes utilisées. Cette fréquence correspond à une norme imposée dans un certain nombre de palies. Il va de-soi que I'invention peut être mise en oeuvre pour d'autres valeurs normatives (comme par exemple 915
MHz, 896 MHz ou 433 MHz) ou pour toute valeur dans la gamme des hyperfréquences. Le dimensionnement des composants du dispositif est proportionnel à la longueur d'onde du rayonnement micro-ondes et constitue une opération d'exécution habituelle pour l'homme du métier de la technique concernée.

Il est bien entendu que la décharge produite par le coupleur selon l'invention peut servir à former un plasma de composition chimique quelconque. Les applications préférées de l'invention sont celles nécessitant des plasmas très énergétiques, telles que celles ou on exploite les propriétés des plasmas de post-décharge avec un volume utile important.

A titre d'exemple non limitatif, on peut citer comme application particulièrement intéressante du dispositif de l'invention, la génération de plasma pour le traitement de surface, le plasma généré étant pompé en permanence dans une enceinte de grande dimension ou réacteur, celle-ci contenant des pièces à traiter. Le dispositif de l'invention permettant un haut débit et la production d'un plasma stable et homogène, est donc particulièrement bien adapté pour cette application.

On peut également citer les dépôts ou polymérisation assistés par plasma par adjonction de tout gaz en aval de la décharge : méthode dite P.D.P.E.C.V.D (de l'anglo-saxon "Post Decharge Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition").

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de production d'un plasma comprenant une cavité résonante (1) délimitée par une paroi métallique (11, 19, 13) et traversez par m tube de décharge (2) dans lequel circule en service un gaz plasmagène, un générateur de micro-ondes (3) et des moyens de transport des micro-ondes (4, 5), entre la sortie du générateur (3) et l'intérieur de la cavité (1), ces moyens de transport des micro-ondes comprenant un guide d'ondes (4) et une antenne (5) en forme de tige métallique (50) s'étendant suivant une direction déterminée (y-y') entre l'intérieur du guide d'ondes (4) et l'intérieur de la cavité (1!, caractérisé en ce que ledit tube à décharge (2) a un diamètre intérieur supérieur ou égal à la demilongueur d'onde desdites micro-ondes, longueur d'onde telle que mesurée dans des conditions de propagation isotrope ce que ladite antenne (5) en forme de tige métallique r50! comporte des moyens (6) pour en augmenter la longueur effective et en ce qu'il comprend des moyens (7) disposas l'intérieur de la cavité résonante (1) pour empêcher l'établissement, en son sein, du mode fondamental de résonance TE11 propre à cette cavité (1!.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité résonante (1! a une forme cylindrique, limitée par deux parois latérales (1, 13) distantes d'une longueur d'onde (#g) telle que mesurée à l'intérieur de cette cavité (1), d'axe de symétrie (x-x') orthogonal à ladite direction déterminée (y-y') et en ce que cette direction déterminée est distante d'un quart de longueur d'onde (#g) d'une des parois (13) de la cavité (1), telle que mesurée à l'intérieur de celle-ci.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour augmenter la hauteur effective de l'antenne (5) comprennent une barre capacitive (6) disposée suivant une direction (x-x'l orthogonale à ladite direction déterminée (y-y') de la tige (50) de l'antenne.

1. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite barre (6) est un barreau métallique parallélépipédique dont la grande dimension est orthogonale à ladite direction déterminée (y-y') de la tige (5Q) de l'antenne (5).

5. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que lesdits moyens (7) pour empêcher l'établissement du mode fondamental de résonance (TE11) comprennent un anneau métallique (70) entourant le tube de décharge (2) et disposé au centre de la cavité résonante (1)

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (8, 8') disposés de part et d'autre de la cavité résonante (1), pour éviter la fuite d'ondes évanescentes.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pour éviter la fuite d'ondes évanescentes comprennent deux manchons métalliques (8, 8'), chaque manchon étant enfilé sur le tube à décharge (2), de part et d'autre de la cavité résonante (1) et la prolongeant d'une distance au moins égale au quart de la longueur d'onde (Xg) telle que mesurée à l'intérieur de la cavité (1).

8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite antenne (5) est montée coulissante suivant ladite direction déterminée (y-y') pour permettre de régler sa longueur de pénétration à l'intérieur de la cavité (1).

9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit coulissement est obtenu à l'aide de moyens unique de réglage comprenant une molette filetée (9).

10. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au moins une des surfaces (11, 12, 13, 40 à 43, 17n, 51, 48) en contact avec les micro-ondes, lorsque le dispositif est en fonctionnement, comporte une dorure.

11. Dispositif selon l'une des quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (16) pour refroidir la cavité (1) et/ou le tube de décharge (2) en fonctionnement.

12. Dispositif selon la revendication il, caractérisé en ce que les mens pour refroidir la cavité (1! comprennent U11 circuit de refroidissement destiné à 13 circulation d'un fluide réfrigérant.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement est en contact avec la paroi extérieure (17) de la cavité (1).

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le gaz plasmagène est choisi parmi les suis-ants: mono, di ou polyatomiques.

15. Dispositif selon l'0ne quelconque des revendications-1 à 14, caractérisé en ce que la fréquence des micro-ondes est choisie égale à l'une des fréquences microondes industrielles 2450 MHz, 915 MHz et 896 MHz.

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le diamètre externe du tube de décharge (2) est choisi sensiblement égal à 60 mm