JP2008506235A - プルーム安定性及び加熱効率が改善されたマイクロ波プラズマノズル - Google Patents
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Abstract
Description
12 マイクロ波発生器
13 導波管
14 電源
15 アイソレータ
16 ダミーロード
18 サーキュレータ
24 マイクロ波キャビティ
26 ノズル
28 プラズマ
34 ロッド状コンダクタ
36 うず巻状ガイド
37 螺旋状ガス流路
40 ガスフロー管
41 壁
Claims (87)
- マイクロ波とガスとを用いてプラズマを発生させるためのマイクロ波プラズマノズルであって、
実質的にマイクロ波を透過させる材料からなる出口部を持ち、その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の前記出口部の近傍に配置されたロッド状コンダクタと、
を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマノズル。 - 前記ロッド状コンダクタと前記ガスフロー管との間に配置され、前記ロッド状コンダクタの長軸に対して角度の付けられた少なくとも1つの流路を形成し、前記少なくとも1つの流路に沿って通過するガスに前記ロッド状コンダクタの回りに螺旋状の流動方向を付与するうず巻状ガイドをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ロッド状コンダクタは、円形の断面を持つことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、実質的にマイクロ波を透過する材料からなることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記材料は、誘電材料であることを特徴とする請求項4に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記材料は、石英であることを特徴とする請求項4に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の一部の中に配置され、前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するための遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記遮蔽は、導電材料を含むことを特徴とする請求項7に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置され、前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するための接地遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の外部表面に配置され、前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するための接地遮蔽であって、ガス流を受け入れるための穴を持つ接地遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ロッド状コンダクタと前記接地遮蔽との間に配置され、前記接地遮蔽に対して前記ロッド状コンダクタを固定して保持するための位置ホルダをさらに備えることを特徴とする請求項10に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の外部表面に隣接して配置される一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記一対の磁石は、円筒の一部に類似した形状を有することを特徴とする請求項12に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の内部表面に隣接して配置される一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記一対の磁石は、円筒の一部に類似した形状を有することを特徴とする請求項14に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の外部表面に隣接して配置される一対の磁石と、前記ガスフロー管の内部表面に隣接して配置される遮蔽と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置されるアノードと、前記ガスフロー管の他の部分に隣接して配置されるカソードと、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ロッド状コンダクタの一部が中に配置されているマイクロ波キャビティをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記マイクロ波キャビティは壁を備えており、前記マイクロ波キャビティの壁は前記ガスフロー管の入口に接続されているガス流路の一部を形成していることを特徴とする請求項18に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- マイクロ波を受信するための前記ロッド状コンダクタの一部を中に持つマイクロ波キャビティをさらに備え、
前記マイクロ波キャビティの一部は、前記ガスフロー管の入口に接続されているガス流路の一部を形成していることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。 - マイクロ波を受信するための前記ロッド状コンダクタの一部を中に持つマイクロ波キャビティをさらに備え、前記ガスフロー管は前記マイクロ波キャビティを完全に通って延びていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の前記出口部は、円錐台形の形状とされていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の前記出口部は、湾曲した断面を持つ部分を備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記湾曲した断面を持つ部分は、ベル状部分を備えることを特徴とする請求項23に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマの長さを長くしプルームの安定性を改善するための延長案内部を備え、前記延長案内部は前記ガスフロー管の出口に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマプルームを狭いストリップ型の形状にするためのプルーム改変部を備え、該プルーム改変部は前記ガスフロー管の前記出口に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマプルームの断面直径を拡大するためのプルーム拡大部を備えており、該プルーム拡大部は前記ガスフロー管の前記出口に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ロッド状コンダクタは、その中に空間を区画する部分を備えていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ロッド状コンダクタは、2つの異なる材料からなることを特徴とする、請求項28に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ロッド状コンダクタは、卵形、楕円形、および長円形のうちの少なくとも1つを備える断面形状を持つことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記先端部は、先細りであることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ロッド状コンダクタは、取り外し可能な固定メカニズムによって接続されている2つの部分を備えることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- マイクロ波とガスとを用いてプラズマを発生させるためのマイクロ波プラズマノズルであって、
その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の出口部の近傍に配置されたロッド状コンダクタと、
前記ロッド状コンダクタと前記ガスフロー管との間に配置され、前記ロッド状コンダクタの長軸に対して角度の付けられた少なくとも1つの流路を形成し、前記少なくとも1つの流路に沿って通過するガスに前記ロッド状コンダクタの回りに螺旋状の流動方向を付与するうず巻状ガイドと、
を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマノズル。 - 前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された接地遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管を通過するガスを電子的に励起させるための手段をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の外部表面に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管の内部表面に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記先端部は、先細りであることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマの長さを長くしプルームの安定性を改善するための延長案内部を備え、前記延長案内部は前記ガスフロー管の出口に取り付けられていることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマプルームを狭いストリップ型の形状にするためのプルーム改変部を備え、該プルーム改変部は前記ガスフロー管の前記出口に取り付けられていることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマプルームの断面直径を拡大するためのプルーム拡大部を備えており、該プルーム拡大部は前記ガスフロー管の前記出口に取り付けられていることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、石英からなることを特徴とする請求項33に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- マイクロ波とガスとを用いてプラズマを発生させるためのマイクロ波プラズマノズルであって、
その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の出口部の近傍に配置されたロッド状コンダクタと、
前記ガスフロー管の外部表面に配置され、ガス流を受け入れるための穴を持ち、前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するための接地遮蔽と、
前記ロッド状コンダクタと前記接地遮蔽との間に配置され、前記接地遮蔽に対して前記ロッド状コンダクタを固定して保持するための位置ホルダと、
を備えることを特徴とする、マイクロ波プラズマノズル。 - 前記ガスフロー管は、前記位置ホルダの外側周辺に沿って形成されたくぼみに固定されていることを特徴とする請求項46に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマの長さを長くしプルームの安定性を改善するための延長案内部を備え、前記延長案内部は前記ガスフロー管の出口に取り付けられていることを特徴とする請求項46に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマプルームを狭いストリップ型の形状にするためのプルーム改変部を備え、該プルーム改変部は前記ガスフロー管の前記出口に取り付けられていることを特徴とする請求項46に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、プラズマプルームの断面直径を拡大するためのプルーム拡大部を備えており、該プルーム拡大部は前記ガスフロー管の前記出口に取り付けられていることを特徴とする請求項46に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記先端部は、先細りであることを特徴とする請求項46に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- 前記ガスフロー管は、石英からなることを特徴とする請求項46に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- ガス流路の一部を形成している壁を持つマイクロ波キャビティと、
誘電材料を含む出口部と、前記マイクロ波キャビティに接続された入口部とを持ち、その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の前記出口部の近傍に配置されると共にその一部が前記マイクロ波キャビティ内に配置されているロッド状コンダクタと、
を備えることを特徴とするプラズマ発生システム。 - 前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するための手段をさらに備えることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ロッド状コンダクタと前記ガスフロー管との間に配置され、前記ロッド状コンダクタの長軸に対して角度の付けられた少なくとも1つの流路を形成し、前記少なくとも1つの流路に沿って通過するガスに前記ロッド状コンダクタの回りに螺旋状の流動方向を付与するうず巻状ガイドをさらに備えることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された接地遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管を通過するガスを電子的に励起させるための手段をさらに備えることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の外部表面に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の内部表面に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- 前記先端部は、先細りであることを特徴とする請求項53に記載のプラズマ発生システム。
- マイクロ波キャビティと、
誘電材料を含む出口部を持ち、その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の前記出口部の近傍に配置されると共にその一部が前記マイクロ波キャビティ内に配置されているロッド状コンダクタと、
前記ガスフロー管の外部表面に配置され、前記マイクロ波キャビティに結合されると共に前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するように構成され、ガス流を受け入れるための穴を持つ接地遮蔽と、
前記ロッド状コンダクタと前記接地遮蔽との間に配置され、前記接地遮蔽に対してロッド状コンダクタを固定して保持するための位置ホルダと、
を備えることを特徴とするプラズマ発生システム。 - マイクロ波を発生するためのマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器に接続され、これに電力を提供するための電源と、
ガス流路の一部を形成する壁を持つマイクロ波キャビティと、
前記マイクロ波キャビティに機能的に接続され、これにマイクロ波を伝搬するための導波管と、
前記マイクロ波キャビティから反射されるマイクロ波を放散させるためのアイソレータと、
誘電材料を含む出口部と、前記マイクロ波キャビティのガス流路に接続された入口部とを持ち、その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の前記出口部の近傍に配置されると共にその一部が前記マイクロ波キャビティ内に配置されているロッド状コンダクタと、
前記ロッド状コンダクタと前記ガスフロー管との間に配置され、前記ロッド状コンダクタの長軸に対して角度の付けられた少なくとも1つの流路を形成し、前記少なくとも1つの流路に沿って通過するガスに前記ロッド状コンダクタの回りに螺旋状の流動方向を付与するうず巻状ガイドと、
を備えることを特徴とするプラズマ発生システム。 - 前記アイソレータは、
反射されたマイクロ波を放散させるためのダミーロードと、
前記ダミーロードに取り付けられ、反射されたマイクロ波を前記ダミーロードに向かわせるためのサーキュレータと、
を備えることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。 - 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された接地遮蔽をさらに備えることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。
- 前記マイクロ波キャビティ内でマイクロ波の位相を制御するための位相シフタをさらに備えることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。
- 前記位相シフタは、スライディングショートであることを特徴とする請求項68に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管を通過するガスを電子的に励起させるための手段をさらに備えることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の一部に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の外部表面に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。
- 前記ガスフロー管の内部表面に隣接して配置された一対の磁石をさらに備えることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。
- 前記先端部は、先細りであることを特徴とする請求項64に記載のプラズマ発生システム。
- マイクロ波を発生するためのマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器に接続され、これに電力を提供するための電源、
マイクロ波キャビティと、
前記マイクロ波キャビティに機能的に接続され、これにマイクロ波を搬送するための導波管と、
前記マイクロ波キャビティから反射されるマイクロ波を放散させるためのアイソレータと、
誘電材料を含む出口部を持ち、その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の前記出口部の近傍に配置されると共にその一部が前記マイクロ波キャビティ内に配置されているロッド状コンダクタと、
前記ガスフロー管の外部表面に配置され、前記マイクロ波キャビティに結合されると共に前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するように構成され、ガス流を受け入れるための穴を持つ接地遮蔽と、
前記ロッド状コンダクタと前記接地遮蔽との間に配置され、前記接地遮蔽に対してロッド状コンダクタを固定して保持するための位置ホルダと、
を備えることを特徴とするプラズマ発生システム。 - 前記アイソレータは、
反射されたマイクロ波を放散させるためのダミーロードと、
前記ダミーロードに取り付けられ、反射されたマイクロ波を前記ダミーロードに向かわせるためのサーキュレータと、
を備えることを特徴とする、請求項75に記載のプラズマ発生システム。 - 前記マイクロ波キャビティ内でマイクロ波の位相を制御するための位相シフタをさらに備えることを特徴とする請求項75に記載のプラズマ発生システム。
- 前記位相シフタは、スライディングショートであることを特徴とする請求項77に記載のプラズマ発生システム。
- マイクロ波キャビティを準備する工程と、
ガスフロー管と、このガスフロー管の軸方向に配置されたロッド状コンダクタとを準備する工程と、
前記ロッド状コンダクタの第1の部分を前記ガスフロー管の出口部に隣接させると共に、前記ロッド状コンダクタの第2の部分をマイクロ波キャビティ内に配置させる工程と、
前記ガスフロー管にガスを供給する工程と、
前記マイクロ波キャビティにマイクロ波を伝搬させる工程と、
前記伝搬されたマイクロ波を前記ロッド状コンダクタの少なくとも前記第2の部分を使って受信させる工程と、
前記ガスフロー管にガスを供給する工程で供給されたガスと、前記受信させる工程で受信さされたマイクロ波とを使ってプラズマを発生させる工程と、
を備えることを特徴とするマイクロ波を使用したプラズマ発生方法。 - 前記プラズマを発生させる工程の前に、前記ガスフロー管にガスを供給する工程で供給されたガスを電子的に励起させる工程をさらに具備することを特徴とする請求項79に記載のプラズマ発生方法。
- 前記プラズマを発生させる工程の前に、ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワーの損失を、遮蔽を使って緩和する工程をさらに具備することを特徴とする請求項79に記載のプラズマ発生方法。
- ガスを前記ガスフロー管に供給する工程は、
前記遮蔽を前記ガスフロー管の外部表面に配置する工程と、
ガス流路を前記遮蔽の壁に提供する工程と、
前記ガスを前記ガス流路に供給する工程と、
を具備することを特徴とする請求項81に記載のプラズマ発生方法。 - 前記ガスフロー管に、ガスを供給する工程で供給されるガスに前記ロッド状コンダクタの周りで螺旋状の流動方向を付与する工程をさらに具備することを特徴とする請求項79に記載のプラズマ発生方法。
- 前記ガスフロー管にガスを供給する工程は、
前記マイクロ波キャビティの壁にガス流路を提供する工程と、
前記マイクロ波キャビティの壁の前記ガス流路に前記ガスフロー管の入口部を接続する工程と、
前記ガス流路に前記ガスを供給する工程と、
を具備することを特徴とする請求項79に記載のプラズマ発生方法。 - マイクロ波とガスとを用いてプラズマを発生させるためのマイクロ波プラズマノズルであって、
非導電性材料を含む出口部を持ち、その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の前記出口部の近傍に配置されているロッド状コンダクタと、
を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマノズル。 - 前記ガスフロー管の前記出口部は、導電材料を含むことを特徴とする請求項85に記載のマイクロ波プラズマノズル。
- マイクロ波とガスとを用いてプラズマを発生させるためのマイクロ波プラズマノズルであって、
導電性材料を含む部分を持ち、その中にガスが流されるガスフロー管と、
前記ガスフロー管内に配置され、その先端部が前記ガスフロー管の出口部の近傍に配置されているロッド状コンダクタと、
前記ガスフロー管を通る際のマイクロ波パワー損失を緩和するための遮蔽と、
を備えることを特徴とするマイクロ波プラズマノズル。
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