JP2001357999A - Plasma generation device - Google Patents

Plasma generation device

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JP2001357999A
JP2001357999A JP2000180007A JP2000180007A JP2001357999A JP 2001357999 A JP2001357999 A JP 2001357999A JP 2000180007 A JP2000180007 A JP 2000180007A JP 2000180007 A JP2000180007 A JP 2000180007A JP 2001357999 A JP2001357999 A JP 2001357999A
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Japan
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plasma
cavity
high frequency
frequency wave
generating
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JP2000180007A
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Japanese (ja)
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Yoshihiko Otsuki
義彦 大槻
Hideho Oofurudon
秀穂 大古殿
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma generating device generating plasma at the atmospheric pressure in an atmosphere of only air without another specific gas, utilizing high frequency wave discharge like microwave, restraining power consumption, with stable life. SOLUTION: The plasma generating device comprises an oscillation means generating high frequency wave, a circuit means treating high frequency wave generated at the oscillation means, a transmission means transmitting the high frequency wave treated by the circuit means, and a plasma generation means generating plasma by using the high frequency wave transmitted by the transmission means. A plasma excitation member, forming a concentrated electric field between a resonance cavity in which, electric field component and magnetic field component of the transmitted high frequency wave is locked up by the plasma generation means, and electric field component of the high frequency wave generated in a cavity chamber as a cavity resonator, is vertically erected in the cavity chamber, and constructed by a copper rod with stainless screw at top end, and tungsten or metal plate as a copper rod arranged vertically to the copper rod at lower part of the top part of the copper rod.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波の如く高周
波電波放電を利用したプラズマ発生装置の改良に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a plasma generator utilizing a high-frequency electric wave discharge such as a microwave.

【0002】[0002]

【従来の技術】高周波放電を利用したプラズマ発生装置
は、例えば、半導体の製造において、プラズマCVD装
置やプラズマエッチング装置、あるいはスパッタリング
装置として使用されている。
2. Description of the Related Art A plasma generator using a high-frequency discharge is used, for example, as a plasma CVD apparatus, a plasma etching apparatus, or a sputtering apparatus in the manufacture of semiconductors.

【0003】高周波によるプラズマ発生装置として種々
の試験・研究がなされ、種々のものが提案されている。
かかるプラズマ発生装置の殆ど全ては、本質的に、内部
が低圧に保持された真空容器と、真空容器の外周に螺旋
状に巻装された高周波のアンテナであるコイルと、コイ
ルに高周波電流を供給する高周波発振器を備えている。
[0003] Various tests and studies have been made on a high-frequency plasma generator, and various types have been proposed.
Almost all of such plasma generators essentially include a vacuum container whose inside is maintained at a low pressure, a coil that is a high-frequency antenna spirally wound around the outer periphery of the vacuum container, and a high-frequency current supplied to the coil. High frequency oscillator.

【0004】かかる従来のプラズマ発生装置において
は、真空容器は廃棄された後、プラズマを発生させるガ
スが真空容器内に導入され、適当な圧力で保持される。
In such a conventional plasma generator, after the vacuum vessel is discarded, a gas for generating plasma is introduced into the vacuum vessel and maintained at an appropriate pressure.

【0005】次いで、コイルに高周波電流が供給され
る。高周波電流が供給されたコイルは、高周波アンテナ
として、その周りに電磁誘導による磁界を発生する。こ
のうち、真空容器に発生した磁界により真空容器内に電
界が誘起され、これによって真空容器内のガスが電離さ
れ、プラズマが発生する。
Next, a high-frequency current is supplied to the coil. The coil supplied with the high-frequency current generates a magnetic field by electromagnetic induction around the coil as a high-frequency antenna. Among these, an electric field is induced in the vacuum container by the magnetic field generated in the vacuum container, whereby the gas in the vacuum container is ionized and plasma is generated.

【0006】また、マイクロ波による大気圧下における
空気のみの雰囲気の中で、プラズマ炎を発生させること
ができるプラズマ発生装置は特公平7−11996号に
より存在する。
[0006] A plasma generator capable of generating a plasma flame in an atmosphere of only air at atmospheric pressure by microwaves is disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-11996.

【0007】特公平7−11996号は、図9に示すよ
うに、発信部1a、立体回路部1b、コーナ13a、1
3aのある伝送部1c、プラズマ発生部1dとからなる
構造によりなり、図10に示すように、プラズマ発生部
1dが、閉塞された空洞容器とこの空洞容器内に設けら
れたプラズマ励起部材14からなる空胴共振器5内に高
周波電波を閉じ込めて、高電界と高磁界を誘起させ、該
高電界とプラズマ励起部材14との間に電界集中を起こ
させるようにし、大気圧下にして空気のみの雰囲気の中
で、簡単な構造にして安価な装置によって大規模なプラ
ズマ炎を発生させることができるプラズマ発生装置であ
る。
Japanese Patent Publication No. 7-11996 discloses a transmitter 1a, a three-dimensional circuit 1b, a corner 13a,
As shown in FIG. 10, the plasma generating unit 1d is composed of a closed cavity container and a plasma excitation member 14 provided in the cavity container. A high-frequency electric wave is confined in the cavity resonator 5 to induce a high electric field and a high magnetic field, and an electric field is concentrated between the high electric field and the plasma exciting member 14. In this atmosphere, a large-scale plasma flame can be generated by an inexpensive device with a simple structure in an atmosphere of the type described above.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のプラズ
マ発生装置は、プラズマを発生させるのに4〜5kwと
非常に高い電力を必要とする。また、プラズマの発生及
び寿命が不安定であるという問題点があった。
However, the conventional plasma generator requires a very high power of 4 to 5 kW to generate plasma. In addition, there is a problem that generation and lifetime of plasma are unstable.

【0009】そこで、本発明では、所定の空洞容器内に
おいてその内部の圧力が大気圧にして、しかも空洞容器
内においては他のガスはなく、空気のみである状態のも
とで、電力を低く抑え、プラズマの発生及び寿命が安定
して発生することが可能なプラズマ発生装置を提供する
ことを目的とするものである。
Therefore, according to the present invention, the electric power is reduced under the condition that the pressure inside the predetermined hollow container is set to the atmospheric pressure, and there is no other gas in the hollow container but only air. It is an object of the present invention to provide a plasma generation device capable of suppressing the generation of plasma and stably generating plasma.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、高周波電波を
発生する発振手段と、この発振手段により発生した高周
波電波を処理する回路手段と、この回路手段によって処
理された高周波電波を伝送する伝送手段と、この伝送手
段によって伝送された高周波電波を用いてプラズマを発
生させるプラズマ発生手段とからなり、このプラズマ発
生手段が、内部に前記伝送された高周波電波の電解成分
と磁界成分を閉じ込める空胴共振器と、該空胴共振器で
ある空洞容器内に設けられた前記高周波の電解成分との
間に集中電界を形成させるプラズマ励起部材が、空洞容
器内に垂直に立てられ、先端にステンレスねじを設けた
銅丸棒と、該銅丸棒の先端下部に該銅丸棒に対し垂直に
設けられたタングステン又は銅棒である金属片とから構
成されていることを特徴とするプラズマ発生装置であ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an oscillating means for generating a high-frequency radio wave, a circuit means for processing the high-frequency radio wave generated by the oscillating means, and a transmission means for transmitting the high-frequency radio wave processed by the circuit means. Means, and plasma generating means for generating plasma using the high-frequency radio wave transmitted by the transmitting means, and the plasma generating means includes a cavity for confining the electrolytic component and the magnetic field component of the transmitted high-frequency radio wave inside. A plasma excitation member for forming a concentrated electric field between the resonator and the high-frequency electrolytic component provided in the hollow container which is the cavity resonator is vertically set in the hollow container, and has a stainless steel screw at the tip. And a metal piece that is a tungsten or copper bar provided perpendicularly to the copper bar at the lower end of the copper bar. Is a plasma generating apparatus characterized.

【0011】[0011]

【作用】本発明においては、閉塞された空洞容器とこの
空洞容器内に突設されたプラズマ励起部材からなる空胴
共振器内に高周波電波が伝送されると、この高周波電波
の電界成分と磁界成分が前記空胴共振器内に閉じ込めら
れ、強電界と高磁界が誘起される。強電界と前記プラズ
マ励起部材との間に集中電界が形成され、大気圧下、空
気中の条件下で低い電力でプラズマが安定して発生し、
火球放電が獲られる。
In the present invention, when a high-frequency wave is transmitted into a cavity formed of a closed cavity and a plasma exciting member protruding from the cavity, the electric field component and the magnetic field of the high-frequency wave are transmitted. The components are confined in the cavity and a strong electric field and a high magnetic field are induced. A concentrated electric field is formed between the strong electric field and the plasma excitation member, and plasma is stably generated with low power under atmospheric pressure and in air.
A fireball discharge is captured.

【0012】[0012]

【実施例】次に、添付図面に基づいて本発明であるプラ
ズマ発生装置について詳細に説明する。図1に本発明の
プラズマ発生装置の概略構成を示すブロック図、図2〜
図4に本発明のプラズマ発生装置の外観図を示し、まず
初めに、プラズマ発生装置の構成について詳細に説明す
る。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a plasma generator according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a plasma generator of the present invention, and FIGS.
FIG. 4 shows an external view of the plasma generator of the present invention. First, the configuration of the plasma generator will be described in detail.

【0013】図1に示すように、電源部1e、発信部1
a、立体回路部1b、操作制御部1f、伝送部1c及び
プラズマ発生部1dとからなる構造で、電源部1e、マ
イクロ波等の高周波電波を発生する発信部1a、立体回
路部1b及び操作制御部1fとによって高周波発信器が
構成される。
As shown in FIG. 1, a power supply unit 1e and a transmitting unit 1
a, a three-dimensional circuit unit 1b, an operation control unit 1f, a transmission unit 1c, and a plasma generation unit 1d, a power supply unit 1e, a transmission unit 1a that generates high-frequency radio waves such as microwaves, a three-dimensional circuit unit 1b, and operation control. A high-frequency oscillator is constituted by the unit 1f.

【0014】電源部1eにおいては、入力相数が3相、
入力電圧が200v/220v±10%(ショートバーによる切換
方式)、入力周波数が50Hz/60Hz、整流方式は3相全波
整流方式である。
In the power supply unit 1e, the number of input phases is three,
The input voltage is 200v / 220v ± 10% (switching method by short bar), the input frequency is 50Hz / 60Hz, and the rectification method is a three-phase full-wave rectification method.

【0015】発振部1aはマグネットロンによるマイク
ロ波発振器であって、発振周波数が2450±30MHz、発振
出力が500W〜5KW、出力安定度は電源電圧の±10%の変
動に対して出力5KWにおいて±5%以下、パワーリップ
ルは出力5KWにおいて10%以下、冷却方式は水冷(マグ
ネトロン)、空冷(マグネトロンのヒータ、アンテナ)
である。
The oscillating unit 1a is a microwave oscillator using a magnetron having an oscillating frequency of 2450 ± 30 MHz, an oscillating output of 500 W to 5 KW, and an output stability of ± 5% for a variation of ± 10% of the power supply voltage at an output of 5 kW. 5% or less, power ripple 10% or less at 5KW output, cooling method is water cooling (magnetron), air cooling (magnetron heater, antenna)
It is.

【0016】操作制御部1fは電源部1eと立体回路部
1bの操作と制御を行う。
The operation control section 1f operates and controls the power supply section 1e and the three-dimensional circuit section 1b.

【0017】伝送回路部1cは、電源部1e、発信部1
a、立体回路部1b及び操作制御部1fとによって発生
した高周波電波を伝送する。
The transmission circuit section 1c includes a power supply section 1e, a transmission section 1
a, transmitting a high-frequency wave generated by the three-dimensional circuit unit 1b and the operation control unit 1f.

【0018】プラズマ発生部1dは、伝送回路部1cに
よって伝送された高周波電波とプラズマ発生部内に設け
られたプラズマ励起部材によりプラズマを発生させる。
The plasma generating section 1d generates plasma by using the high frequency radio wave transmitted by the transmission circuit section 1c and a plasma exciting member provided in the plasma generating section.

【0019】以下図2〜図4に示すプラズマ発生装置の
外観図を基に詳細に説明する。図2は本発明であるプラ
ズマ発生装置の正面図、図3は本発明であるプラズマ発
生装置の立体回路部の正面図、図4は本発明であるプラ
ズマ発生装置の立体回路部の平面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the external views of the plasma generator shown in FIGS. FIG. 2 is a front view of a plasma generator according to the present invention, FIG. 3 is a front view of a three-dimensional circuit part of the plasma generator according to the present invention, and FIG. 4 is a plan view of a three-dimensional circuit part of the plasma generator according to the present invention. is there.

【0020】図2に示すように、プラズマ発生装置1
は、発信部1a、立体回路部1b、伝送部1c及びプラ
ズマ発生部1dとからなる構造である。
As shown in FIG. 2, the plasma generator 1
Has a structure including a transmission unit 1a, a three-dimensional circuit unit 1b, a transmission unit 1c, and a plasma generation unit 1d.

【0021】発信部2はテーパ管3に連結され、該テー
パ管3はアイソレータ3aに連通され、該アイソレータ
3aは、方向性結合器3b及びEHチューナ3eに連結
され、回路素子を構成している。
The transmitting section 2 is connected to a tapered tube 3, which is connected to an isolator 3a, and the isolator 3a is connected to a directional coupler 3b and an EH tuner 3e to constitute a circuit element. .

【0022】テーパー管3は、発振部2とアイソレータ
3a間を無反射で接続する。該アイソレータ3aは、一
方向には殆ど減衰なしに電波を通すが、逆方向には吸収
して殆ど電波を通さない導波管であるため、発振部2か
ら出力電波を通す。
The tapered tube 3 connects the oscillation section 2 and the isolator 3a without reflection. The isolator 3a transmits a radio wave with almost no attenuation in one direction, but transmits an output radio wave from the oscillation unit 2 because it is a waveguide that absorbs in the reverse direction and hardly transmits the radio wave.

【0023】図3に示す符号2b、2dは、冷却管であ
る。
Numerals 2b and 2d shown in FIG. 3 are cooling pipes.

【0024】方向性結合器3bには、同軸減衰器3c及
びクリスタルマウント3dがそれぞれ備えられており、
マイクロ波を測定するために用いられるもので、主電線
上を伝送される電力の伝送方向によって、副電線に出て
行く電力の伝送方向を異にする。方向性結合器3bは2
器備えられており、1器は反射電力を、もう一方は進行
波電力を検出する。
The directional coupler 3b includes a coaxial attenuator 3c and a crystal mount 3d, respectively.
It is used to measure microwaves, and the direction of transmission of power going out to the sub-wire differs depending on the direction of power transmission on the main wire. The directional coupler 3b is 2
One unit detects the reflected power and the other detects the traveling wave power.

【0025】EHチューナー3eは、調整ノブ3fを備え
ており、このノブ3fの出し入れを調整することによ
り、発振部2を後述する負荷としてのプラズマ発生部1
dとの整合を図るものである。
The EH tuner 3e has an adjustment knob 3f. By adjusting the knob 3f, the oscillation unit 2 is connected to the plasma generation unit 1 as a load described later.
This is to match with d.

【0026】伝送部4は、従来は、図9に示すように導
波管13、13・・・とコーナ13a、13a又はベン
ドとからなっていたのであるが、本発明であるプラズマ
発生装置1では図2に示すように直導波管4のみを用い
ている。
The transmission section 4 has conventionally been composed of waveguides 13, 13,... And corners 13a, 13a or bends as shown in FIG. Uses only the straight waveguide 4 as shown in FIG.

【0027】従来と比較すると、従来はコーナ部が図9
に示すように、コーナ13a部が2つあったのである
が、本発明のプラズマ発生装置1では全て取り除き、直
導波管4のみの形状とした。
Compared with the conventional art, the conventional corner part is shown in FIG.
As shown in (2), there were two corners 13a, but all were removed in the plasma generator 1 of the present invention, and only the straight waveguide 4 was formed.

【0028】また、プラズマ発生部1dには、空胴共振
器5が用いられる。
A cavity 5 is used for the plasma generating section 1d.

【0029】このように、本発明であるプラズマ発生装
置の外観を、図2に示すように、図9に示す従来図と比
較すると、コーナ部、導波管等が取り除くことにより、
全体の形状を変えている。その結果、コーナ部及び導波
管等を取り除いたことにより、マイクロ波のエネルギー
損失が大きく減少し、従来4〜5kWで発生していたプ
ラズマが、2kW、場合によっては、それ以下でも発生
するようになり、5kWまで出力を上げると、強い光を
放つプラズマが発生するようになった。
As described above, when the external appearance of the plasma generator according to the present invention is compared with the conventional diagram shown in FIG. 9 as shown in FIG.
The whole shape has been changed. As a result, the energy loss of the microwave is greatly reduced by removing the corner portion and the waveguide, so that the plasma generated at 4 to 5 kW in the past can be generated at 2 kW or even less in some cases. When the output was increased to 5 kW, plasma emitting strong light came to be generated.

【0030】次に、図5、図6に空胴共振器内のプラズ
マ励起部材の実施例1、図7、図8に空胴共振器内のプ
ラズマ励起部材の実施例2を示し、空胴共振器である空
洞容器内でおこるプラズマの発生について詳細に説明す
る。
Next, FIGS. 5 and 6 show Embodiment 1 of the plasma excitation member in the cavity resonator, and FIGS. 7 and 8 show Embodiment 2 of the plasma excitation member in the cavity resonator. The generation of plasma in the cavity, which is a resonator, will be described in detail.

【0031】図5に示すように、プラズマ励起部材7
が、空洞容器内6に垂直に立てられ、先端にステンレス
ねじ7bを設けた銅丸棒7aと、該銅丸棒7aの先端下
部に該銅丸棒7aに対し垂直に設けられたタングステン
又は銅棒である金属片7cとから構成されている。
As shown in FIG. 5, the plasma excitation member 7
Is vertically set in the hollow container 6, and has a copper round bar 7a provided with a stainless steel screw 7b at the end thereof, and tungsten or copper provided vertically below the copper round bar 7a at the lower end of the copper round bar 7a. And a metal piece 7c which is a rod.

【0032】空胴共振器5は円筒形であり、空胴共振器
5の内部には、空胴共振器5の中心位置に、長手方向に
対し平行に、プラズマ励起部材7が設けられている。
The cavity resonator 5 is cylindrical, and a plasma excitation member 7 is provided inside the cavity resonator 5 at a center position of the cavity resonator 5 in parallel with the longitudinal direction. .

【0033】一例として、マイクロ波閉じ込めのための
金属で閉曲面を作る。その際、マイクロ波エネルギーの
損失を少なくする目的で、空胴共振器5の形状を円筒形
とし、その直径を161mm(=1.318λ,λ:波長で122mm )、
円筒の長さは3λ程度とした。円筒管の両端は、閉じる
必要があるが、片端は可動とするためにアルミメッシュ
板を入れ、他端は固定するため、アルミホイルで封じ
た。アルミメッシュ板を用いた理由は、共振器内部を観
察することを可能にするためである。
As an example, a closed surface is made of metal for confining microwaves. At that time, in order to reduce the loss of the microwave energy, the cavity 5 has a cylindrical shape and a diameter of 161 mm (= 1.318λ, λ: 122 mm in wavelength).
The length of the cylinder was about 3λ. Both ends of the cylindrical tube need to be closed, but one end was filled with an aluminum mesh plate to make it movable, and the other end was sealed with aluminum foil to be fixed. The reason for using the aluminum mesh plate is to enable the inside of the resonator to be observed.

【0034】また、空胴共振器5内部は外部と同じ大気
圧にし、この空胴共振器5である空洞容器内6の気体は
空気のみとする。
The inside of the cavity 5 is set to the same atmospheric pressure as the outside, and the gas in the cavity 6 as the cavity 5 is made only of air.

【0035】図5、図6に示すように、プラズマ励起部
材7は、円筒形の空胴共振器5である空洞容器内6左側
に銅丸棒7a(直径10mm、高さ100mm)を垂直
に立て、該銅丸棒7aの先端部にステンレスねじ7b
(直径3mm、高さ10mm)を設け、該ステンレスね
じ7bの下部(銅丸棒7a上部)に、空胴共振器5の長
手方向に平行で、先端が中心位置になるように、タング
ステン又は銅棒の金属片7c(直径1mm、長さ120
mm)を設けた構成によりなる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the plasma excitation member 7 is formed by vertically inserting a copper round bar 7a (diameter: 10 mm, height: 100 mm) on the left side of a hollow cavity 6 which is a cylindrical cavity resonator 5. A stainless steel screw 7b is attached to the tip of the copper round bar 7a.
(Diameter: 3 mm, height: 10 mm), and tungsten or copper is placed under the stainless screw (7b) (upper copper round bar (7a)) so that it is parallel to the longitudinal direction of the cavity resonator (5) and the tip is at the center. Rod metal piece 7c (diameter 1 mm, length 120
mm).

【0036】図1〜図3に示したプラズマ発生装置1の
プラズマ発生部1dに、図5に示したプラズマ励起部材
7を組み合わせ、プラズマを発生した結果、図6に示す
ように空胴共振器5である空洞容器内6上部に漂う形で
プラズマが発生した。その際、マイクロ波を注入してい
る限り安定してプラズマが存在した。
The plasma generating member 1d of the plasma generator 1 shown in FIGS. 1 to 3 is combined with the plasma exciting member 7 shown in FIG. 5 to generate plasma. As a result, as shown in FIG. Plasma was generated in a form floating in the upper part of the cavity vessel 6 which was 5. At that time, plasma was stably present as long as the microwave was injected.

【0037】図7、図8は、空胴共振器内のプラズマ励
起部材の実施例2である。図7に示すように、プラズマ
励起部材10が、空洞容器内6に垂直に立てられ、先端
にステンレスねじ10b、10dを設けた銅丸棒10
a、10cを平行に2本たて、該銅丸棒10a、10c
間の先端下部に該銅丸棒10a、10cに対し垂直に設
けられたタングステン又は銅棒である金属片10eとか
ら構成されている。
FIGS. 7 and 8 show a second embodiment of the plasma exciting member in the cavity resonator. As shown in FIG. 7, a plasma excitation member 10 is vertically set in a hollow container 6, and a copper round bar 10 provided with stainless steel screws 10b and 10d at the tips.
a, 10c, two copper bars 10a, 10c
A metal piece 10e, which is a tungsten or copper rod, is provided vertically below the copper round rods 10a and 10c at the lower end between them.

【0038】図7に示す、空洞容器内6のプラズマ励起
部材10は、円筒形の空胴共振器5である空洞容器内6
中心部に銅丸棒10c(直径10mm、高さ100m
m)を垂直に立てて、該銅丸棒10cの先端部にステン
レスねじ10d(直径3mm、高さ10mm)を設け、
同様に空胴共振器5である空洞容器内6長手方向に平行
に100mm離れた位置に銅丸棒10a及びステンレス
ねじ10bを垂直に立てる。両方のステンレスねじ10
b、10dの下部(銅丸棒10a、10c上部)に、タ
ングステン又は銅棒の金属片10e(直径1mm、長さ
120mm)を設けた構成によりなる。
As shown in FIG. 7, the plasma exciting member 10 in the cavity 6 is a cylindrical cavity resonator 5 in the cavity 6.
Copper round bar 10c (diameter 10mm, height 100m)
m) is set up vertically, and a stainless steel screw 10d (diameter 3 mm, height 10 mm) is provided at the tip of the copper round bar 10c.
Similarly, a copper round bar 10a and a stainless steel screw 10b are set up vertically at a distance of 100 mm in parallel with the longitudinal direction in the cavity 6 as the cavity resonator 5. Both stainless screws 10
b, 10d, a metal piece 10e (diameter 1 mm, length 120 mm) of a tungsten or copper rod is provided below (under the copper round rods 10a, 10c).

【0039】図1〜図3に示したプラズマ発生装置1の
プラズマ発生部1dに、図7に示したプラズマ励起部材
10を組み合わせ、プラズマを発生した結果、図8に示
すように空胴共振器5である空洞容器内6の中心部に垂
直に立てた銅丸棒10cから空胴共振器5長手方向に平
行に100mm離れた位置に立てた銅丸棒10aの先端
部に設けたステンレスねじ10bにプラズマが発生し
た。その際、マイクロ波を注入している限り安定してプ
ラズマが存在した。
The plasma generating member 1d of the plasma generator 1 shown in FIGS. 1 to 3 is combined with the plasma exciting member 10 shown in FIG. 7 to generate plasma, and as a result, a cavity resonator is formed as shown in FIG. 5 is a stainless steel screw 10b provided at the tip of a copper round bar 10a, which is set up 100 mm away from the copper round bar 10c, which is set up perpendicularly to the center of the cavity 6 inside the hollow container 5, in parallel with the longitudinal direction of the cavity resonator 5. Plasma was generated. At that time, plasma was stably present as long as the microwave was injected.

【0040】更に、本発明の実施例によるプラズマ発生
装置の動作について説明する。
Further, the operation of the plasma generator according to the embodiment of the present invention will be described.

【0041】まず、図1に示すように、電源部1eよ
り、交流電力を整流して直流電力を発振部1aに供給す
る。発振部1aは、電源部1eからの直流電力を入力と
して発振動作を行い、高周波電力を発生する。発振部1
aの出力電力は立体回路部1b、伝送回路部1cを通し
てプラズマ発生部1dに伝送される。操作制御部1f
は、電源部1eの電流を監視して、これらの制御を行
い、電流の安定化を図り、これにより発振部1aの出力
電波の安定を図っている。
First, as shown in FIG. 1, AC power is rectified from a power supply unit 1e and DC power is supplied to an oscillation unit 1a. The oscillating unit 1a performs an oscillating operation by receiving DC power from the power supply unit 1e as input, and generates high-frequency power. Oscillator 1
The output power of a is transmitted to the plasma generation unit 1d through the three-dimensional circuit unit 1b and the transmission circuit unit 1c. Operation control unit 1f
Monitors the current of the power supply unit 1e, performs these controls, stabilizes the current, and thereby stabilizes the radio wave output from the oscillation unit 1a.

【0042】また、発振部1aからの高周波(以下、
「マイクロ波」とする。)電波は、図2に示すように、
立体回路部1bのテーパー管3によって無反射状態とさ
れ、アイソレータ3aを通して方向性結合器3bに伝送
される。方向性結合器3bにおいては、進行波の電力成
分と反射波の電力成分が検出される。
Further, the high frequency (hereinafter, referred to as "high frequency")
“Microwave”. ) The radio wave, as shown in FIG.
The reflection is made non-reflective by the tapered tube 3 of the three-dimensional circuit portion 1b, and transmitted to the directional coupler 3b through the isolator 3a. In the directional coupler 3b, the power component of the traveling wave and the power component of the reflected wave are detected.

【0043】図1で示した操作制御部1fは、これらの
電力成分を監視すると共に、図2に示す方向性結合器3
bにおける進行波電力成分を制御する。
The operation control unit 1f shown in FIG. 1 monitors these power components, and also controls the directional coupler 3 shown in FIG.
b controls the traveling wave power component.

【0044】方向性結合器3bからのマイクロ波は、EH
チューナー3eを通して伝送回路部1cに導かれる。こ
こで、EHチューナー3eは方向性結合器3bから導かれ
たマイクロ波電力と負荷との整合を図り、伝送回路部1
cの直導波管4内を進むマイクロ波電力を無反射と同等
の条件にする。
The microwave from the directional coupler 3b is EH
It is guided to the transmission circuit section 1c through the tuner 3e. Here, the EH tuner 3e attempts to match the microwave power guided from the directional coupler 3b with the load, and
The microwave power traveling in the straight waveguide 4 of c is set to the same condition as the non-reflection.

【0045】このように、発信部1a、立体回路部1b
より発生したマイクロ波は、伝送回路部1cの直導波管
4を介し、プラズマ発生部1dに伝送される。
As described above, the transmitting section 1a and the three-dimensional circuit section 1b
The generated microwave is transmitted to the plasma generation unit 1d via the straight waveguide 4 of the transmission circuit unit 1c.

【0046】プラズマ発生部1dの空胴共振器5におい
ては、直導波管4から送られてくるマイクロ波が、空胴
共振器5である空洞容器内6で定常波を形成して閉じ込
められる。
In the cavity resonator 5 of the plasma generating section 1 d, the microwave transmitted from the straight waveguide 4 forms a standing wave in the cavity 6, which is the cavity resonator 5, and is confined.

【0047】閉じ込め効果により、強電界と強磁界が誘
起され、強電界と図5、図7に示すプラズマ励起部材
7、10の間に集中電解が形成され、該集中電解が形成
されている電解集中部8、11に、強力な電解集中が行
われる。
A strong electric field and a strong magnetic field are induced by the confinement effect, and concentrated electrolysis is formed between the strong electric field and the plasma excitation members 7 and 10 shown in FIGS. 5 and 7. Strong electrolytic concentration is performed in the concentration portions 8 and 11.

【0048】電解集中により空洞容器内6の気体(空
気)が電離し、大気圧下(低気圧、真空中ではなく)で
電解集中部8、11近傍にプラズマが生成し、ファイヤ
ボールが発生する。
The gas (air) in the hollow container 6 is ionized by the electrolytic concentration, and plasma is generated in the vicinity of the electrolytic concentration portions 8 and 11 under the atmospheric pressure (not at a low pressure or in a vacuum) to generate a fire ball. .

【0049】実験結果によれば、図5、図6に示す励起
部材7を使用することにより、図6に示すように空胴共
振器5である空胴容器内6上部に漂うような形でプラズ
マが発生した。
According to the experimental results, by using the excitation member 7 shown in FIGS. 5 and 6, the excitation member 7 is floated above the cavity 6 as the cavity resonator 5 as shown in FIG. Plasma was generated.

【0050】また、図7、図8に示す励起部材10を使
用することにより、図8に示すように一方(左側)の胴
丸棒10aの上部に設けられたステンレスねじ10bに
プラズマが発生した。
Also, by using the excitation member 10 shown in FIGS. 7 and 8, plasma was generated in the stainless steel screw 10b provided on the upper part of the one (left) barrel round bar 10a as shown in FIG.

【0051】両方の励起部材7、8共に、マイクロ波を
注入している限り、安定してプラズマが発生した。
Both the excitation members 7 and 8 stably generated plasma as long as microwaves were being injected.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明は、以上に説明したような構成で
あるから以下の効果が得られる。第1に、従来の伝送部
を取り除いた形状にすることにより、マイクロ波のエネ
ルギー損失が大幅に減少した。
Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained. First, microwave energy loss is greatly reduced by removing the conventional transmission section.

【0053】第2に、励起部材を改良することにより、
プラズマが容易にしかも、安定して発生するようになっ
た。
Second, by improving the excitation member,
Plasma has been easily and stably generated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明であるプラズマ発生装置の概略構成を示
したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a plasma generator according to the present invention.

【図2】本発明であるプラズマ発生装置の正面図であ
る。
FIG. 2 is a front view of the plasma generator according to the present invention.

【図3】本発明であるプラズマ発生装置の立体回路部の
正面図である。
FIG. 3 is a front view of a three-dimensional circuit portion of the plasma generator according to the present invention.

【図4】本発明であるプラズマ発生装置の立体回路部の
平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a three-dimensional circuit section of the plasma generator according to the present invention.

【図5】本発明であるプラズマ発生装置における空胴共
振器の実施例1の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of Embodiment 1 of the cavity resonator in the plasma generator according to the present invention.

【図6】図5においてプラズマが発生した際の空胴共振
器の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the cavity resonator when plasma is generated in FIG.

【図7】本発明であるプラズマ発生装置における空胴共
振器の実施例2の断面図である。
FIG. 7 is a sectional view of Embodiment 2 of the cavity resonator in the plasma generator according to the present invention.

【図8】図7においてプラズマが発生した際の空胴共振
器の断面図である。
8 is a cross-sectional view of the cavity resonator when plasma is generated in FIG.

【図9】従来のプラズマ発生装置の正面図である。FIG. 9 is a front view of a conventional plasma generator.

【図10】従来のプラズマ発生装置における空胴共振器
の断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a cavity resonator in a conventional plasma generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ発生装置 1a 発信部 1b 立体回路部 1c 伝送部 1d プラズマ発生部 1e 電源部 1f 操作制御部 2 発信部 2a 冷却管 3 テーパ管 3a アイソレータ 3b 方向性結合器 3c 同軸減衰器 3d クリスタルマウント 3e EHチューナ 3f 調整ノブ 4 直導波管 5 空胴共振器 6 空洞容器内 7 励起部材 7a 銅丸棒 7b ねじ 7c 金属片 8 電解集中部 9 プラズマ 10 励起部材 10a、10c 部材 10b、10d ねじ 11 電解集中部 12 プラズマ 13 直導波管 13a コーナ 14 励起部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generator 1a Transmission part 1b Three-dimensional circuit part 1c Transmission part 1d Plasma generation part 1e Power supply part 1f Operation control part 2 Transmission part 2a Cooling pipe 3 Tapered pipe 3a Isolator 3b Directional coupler 3c Coaxial attenuator 3d Crystal mount 3e EH Tuner 3f Adjusting knob 4 Straight waveguide 5 Cavity resonator 6 Inside cavity 7 Exciting member 7a Copper round bar 7b Screw 7c Metal piece 8 Electrolytic concentrating part 9 Plasma 10 Exciting member 10a, 10c Member 10b, 10d Screw 11 Electrolytic concentrating Part 12 plasma 13 straight waveguide 13a corner 14 excitation member

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高周波電波を発生する発振手段と、この
発振手段により発生した高周波電波を処理する回路手段
と、この回路手段によって処理された高周波電波を伝送
する伝送手段と、この伝送手段によって伝送された高周
波電波を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生手段
とからなり、このプラズマ発生手段が、内部に前記伝送
された高周波電波の電解成分と磁界成分とを閉じ込める
空胴共振器と、該空胴共振器である空洞容器内に設けら
れた前記高周波の電解成分との間に集中電界を形成させ
るプラズマ励起部材が、空洞容器内に垂直に立てられ、
先端にステンレスねじを設けた銅丸棒と、該銅丸棒の先
端下部に該銅丸棒に対し垂直に設けられたタングステン
又は銅棒である金属片とから構成されていることを特徴
とするプラズマ発生装置。
1. Oscillating means for generating a high-frequency radio wave, circuit means for processing the high-frequency radio wave generated by the oscillating means, transmission means for transmitting the high-frequency radio wave processed by the circuit means, and transmission by the transmission means Plasma generating means for generating plasma using the transmitted high-frequency radio waves, the plasma generating means comprising a cavity for confining the electrolytic component and the magnetic field component of the transmitted high-frequency radio waves, and the cavity A plasma excitation member that forms a concentrated electric field between the high-frequency electrolytic component provided in the cavity container that is a resonator is vertically set in the cavity container,
It is characterized by being constituted by a copper round bar provided with a stainless steel screw at the tip, and a metal piece that is a tungsten or copper bar provided vertically below the copper round bar at the lower end of the copper round bar. Plasma generator.
【請求項2】 プラズマ励起部材が、空洞容器内に垂直
に立てられ、先端にステンレスねじを設けた銅丸棒を平
行に2本たて、該銅丸棒間の先端下部に該銅丸棒に対し
垂直に設けられたタングステン又は銅棒である金属片と
から構成されていることを特徴とする請求項1記載のプ
ラズマ発生装置。
2. A plasma exciting member is vertically set in a hollow container, and two copper round bars provided with stainless steel screws at the ends are set up in parallel. 2. The plasma generator according to claim 1, further comprising: a metal piece that is a tungsten or copper rod provided perpendicular to the plasma generator.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005524962A (en) * 2002-05-08 2005-08-18 ダナ・コーポレーション Plasma generating apparatus having a plurality of radiation sources and method therefor
CN100421782C (en) * 2006-11-07 2008-10-01 浙江大学 Prepn process and apparatus of extracting fiber for solid phase micro extractor
JP2011501861A (en) * 2007-10-16 2011-01-13 ソントル・ナショナル・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・サイエンティフィーク(シーエヌアールエス) Long-range transient plasma ball generation system

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