JP2015530694A - プラズマ生成用の表面波アプリケータ - Google Patents
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Abstract
Description
− 中心のコア体と、その中心コア体を囲繞し、かつ環状の電磁波伝播容積によって中心コア体から分離される管状の外側の導体とから構成される導電性の同軸アセンブリと、
− 前記同軸アセンブリの端部において前記環状の電磁波伝播容積の中に挿入される誘電体の管であり、アプリケータの射出面を超えて、前記管の外径の少なくとも2倍に等しい長さにわたって延び出る誘電体の管であって、その挿入および延び出しは、次のような態様において行われる、すなわち、その内壁および/または外壁がプラズマガスと接触している前記誘電体の管の部分に沿って表面波プラズマを生成するために、同軸アセンブリ内において伝播する電磁波が、前記管の縦方向において前記誘電体の管の切断面の中に導入されるような態様において行われる、誘電体の管と、
を含む表面波アプリケータが提案される。
− アプリケータの軸に平行な磁化方向を有する円筒形の永久磁石であって、中心コア体の端部に配置される永久磁石と、
− アプリケータの軸に平行であり、かつ前記中心の円筒形の磁石の磁化と一致する磁化方向を有する少なくとも1つの環状の永久磁石であって、外側の導体の端部の回りに配置される永久磁石と、
を含み、
前記2つの磁石の磁化は、アプリケータの端部から離れた領域において、前記アプリケータによって生成されるマイクロ波電界との電子サイクロトロン共鳴カップリングを提供することが可能な磁界を形成するように選択され、
前記環状の磁石の外半径および磁化は、前記2つの磁石によって生成される磁力線が、電子サイクロトロン共鳴カップリング領域を、アプリケータの軸にほぼ平行な方向に貫通するようにも選択される。
− 中心のコア体と、その中心コア体を囲繞し、かつ電磁波伝播用の環状の容積によって中心コア体から分離される外側の導体とから構成される導電性の同軸アセンブリ内において電磁波を伝播させるステップと、
− 前記電磁波を、前記管の縦方向において前記誘電体の管の切断面の中に導入するステップであって、前記誘電体の管は、前記同軸アセンブリの端部において、環状の電磁波伝播容積の中に挿入され、かつ、同軸アセンブリの射出面を超えて、前記管の外径の少なくとも2倍に等しい長さにわたって延び出る、ステップと、
を含むことを特徴とする。
Zi 2=ZcZp
である。
f0=eB0/2πme (1)
が成り立つような強さであれば、電子は、マイクロ波の電界によって非常に効率的に加速される。上式において、meは電子の質量、−eは電子の電荷、B0は、マイクロ波周波数f0における電子サイクロトロン共鳴(ECR)に対応する磁界の強さである。
−中心コア体20の端部に配置される円筒形の永久磁石200であって、その磁化方向(矢印によって模式的に示される)が軸Xに平行であると共に、中心コア体20の半径とほぼ同じ半径を有する永久磁石200(具体的には、その円筒形の磁石は、中心コア体の半径より僅かに小さい半径を有することができ、かつ、中心コア体の端部に構成される円筒形の凹部に収納できる)と、
−同軸アセンブリの外側の導体21の端部に配置される環状の磁石201であって、その磁化方向(矢印によって模式的に示される)が、軸Xに平行であると共に、前記円筒形の磁石200の磁化方向と一致している磁石201と、
を含む。
λ=λ0/ε1/2
但し、λ0は、真空または空気中を伝播する電磁波の波長、εは、真空の誘電率に対する閉じ込め管6の誘電体材料の相対的な誘電率である。
[1]M.Moisan、J.Pelletier、Physique des plasmas collisionnels、EDP Sciences、レ・ジリュス(Les Ulis),フランス(2006)、pp.405−408
[2]M.Moisan、A.Shivarova、A.W.Trivelpiece、「プラズマカラムに沿う表面波の伝播に関する実験的研究(Experimental investigations of the propagation of surface waves along a plasma column)」、Plasma Physics、Vol.24、No.11、pp.1331−14000、1982
[3]M.MoisanおよびJ.Pelletier編「マイクロ波励起プラズマ(Microwave Excited Plasmas)」中のM.Moisan、Z.Zakrzewski、「表面波プラズマ源(Surface wave plasma souces)」、Elsevier、Amsterdam(1992年11月)、Chapter 5、pp.123−180、図5.13
[4]Oleg A.Popov編「高密度プラズマ源(High Density Plasma Sources)」中のM.Moisan、J.Margot、Z.Zakrzewski、「表面波プラズマ源(Surface wave plasma souces)」、Noyes Publication、パークリッジ、ニュージャージー州(1995)、Chapter 5、pp.191−250
Claims (28)
- プラズマ生成用の表面波アプリケータ(1)であって、
−中心のコア体(20)と、前記中心コア体(20)を囲繞し、かつ電磁波(W)伝播用の環状の容積(22)によって前記中心コア体(20)から分離される管状の外側の導体(21)とから構成される導電性の同軸アセンブリ(2)と、
−前記同軸アセンブリ(2)の端部において前記電磁波伝播用の環状容積(22)の中に挿入される誘電体の管(3)であり、前記アプリケータの射出面(Y)を超えて、前記管(3)の外径の少なくとも2倍に等しい長さだけ延び出る誘電体の管(3)であって、その挿入および延び出しは、次のような態様において行われる、すなわち、その内壁(30)および/または外壁(31)がプラズマガス(4)と接触している前記誘電体の管の部分に沿って表面波プラズマを生成するために、前記同軸アセンブリ(2)内において伝播する前記電磁波(W)が、前記管(3)の縦方向(X)において前記誘電体の管(3)の切断面の中に導入されるような態様において行われる、誘電体の管(3)と、
を含む表面波アプリケータ(1)。 - 前記中心コア体(20)の端部と、前記同軸アセンブリ(2)の外側の導体(21)の端部とが共面である、ことを特徴とする請求項1に記載のアプリケータ。
- 前記外側の導体(21)が、前記中心コア体(20)の端面を超えて、前記誘電体の管(3)を少なくとも部分的に囲繞する、ことを特徴とする請求項1に記載のアプリケータ。
- 前記中心コア体(20)が、前記外側の導体(21)の端面を超えて、前記誘電体の管(3)の内部容積を少なくとも部分的に占拠する、ことを特徴とする請求項1に記載のアプリケータ。
- 前記同軸アセンブリがインピーダンス整合装置を備える、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のアプリケータ。
- 前記同軸アセンブリ(2)の中に挿入される前記誘電体の管(3)の長さが、前記プラズマのインピーダンス(Zp)と、前記同軸アセンブリ(2)の特性インピーダンス(Zc)との間のインピーダンス整合をもたらすように選択される、ことを特徴とする請求項5に記載のアプリケータ。
- 前記同軸アセンブリ(2)が、前記中心コア体(20)内、および/または前記外側の導体(21)内に供給される冷却流体を循環させるための回路を含む、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のアプリケータ。
- 前記誘電体の管(3)が、内側または前記管の厚さの内側に供給される誘電体の冷却流体を循環させる回路を含む、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のアプリケータ。
- 前記アプリケータが、前記アプリケータの軸に平行な磁化方向を有する円筒形の永久磁石であって、前記中心コア体の端部に配置される永久磁石をさらに含む、ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のアプリケータ。
- 前記アプリケータが、
−前記アプリケータの軸に平行な磁化方向を有する円筒形の永久磁石であって、前記中心コア体の端部に配置される永久磁石と、
−前記アプリケータの軸に平行であり、かつ前記中心の円筒形の磁石の磁化と一致する磁化方向を有する少なくとも1つの環状の永久磁石であって、前記外側の導体の端部の回りに配置される永久磁石と、
をさらに含み、
前記2つの磁石の磁化は、前記アプリケータの端部から離れた領域において、前記アプリケータによって生成されるマイクロ波電界との電子サイクロトロン共鳴カップリングを得るのに適した磁界を形成するように選択され、
前記環状の磁石の外半径および磁化は、前記2つの磁石によって生成される磁力線が、前記アプリケータの軸にほぼ平行な方向において、前記電子サイクロトロン共鳴カップリング領域に達するようにも選択される、
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のアプリケータ。 - 前記アプリケータが、前記誘電体の管(3)の回りに同心に延びる誘電体材料製の閉じ込め管(6)を含み、前記閉じ込め管(6)は、前記同軸アセンブリの外側の導電体(21)に埋め込まれる、ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のアプリケータ。
- プラズマガス(4)を封じ込める封入容器と、請求項1〜11のいずれか一項に記載の少なくとも1つのアプリケータ(1)とを含む表面波プラズマ生成装置であって、前記アプリケータの射出面を超えて延び出る前記誘電体の管(3)の内壁(30)および/または外壁(31)の一部分が、前記プラズマガス(4)と接触している、表面波プラズマ生成装置。
- 前記誘電体の管(3)が、シールされて、前記プラズマガス(4)を封じ込める前記封入容器を構成する、ことを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記誘電体の管(3)が前記封入容器の内側に配置される、ことを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記封入容器が、誘電体材料製の閉じ込め管(6)であって、前記誘電体の管(3)の回りに同心に延びる閉じ込め管(6)を含み、前記閉じ込め管は、前記アプリケータの同軸アセンブリの外側の導電体(21)の中に埋め込まれる、ことを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記誘電体の閉じ込め管(6)の埋め込みの深さ(p)が(2k+1)λ/4に等しく、この式中、kは整数、λは、前記同軸アセンブリの中に挿入される前記誘電体の管(6)の内部に伝播する電磁波の波長であり、前記波長(λ)は、式λ=λ0/ε1/2で与えられ、この式中、λ0は真空または空気中において伝播する電磁波の波長であり、εは、真空の誘電率に対する前記閉じ込め管(6)の誘電体材料の相対的な誘電率である、ことを特徴とする請求項15に記載の装置。
- 前記誘電体の管(3)が、前記同軸アセンブリ(2)に対して反対側のその端部(33)において開放されており、前記プラズマガス(4)は前記管(3)の内壁(30)および外壁(31)に接触している、ことを特徴とする請求項14〜16のいずれか一項に記載の装置。
- 前記誘電体の管(3)が、前記同軸アセンブリ(2)に対して反対側のその端部(33)において閉止されており、前記プラズマガス(4)は前記管(3)の外壁(31)のみと接触している、ことを特徴とする請求項14〜16のいずれか一項に記載の装置。
- 前記誘電体の管(3)が、前記同軸アセンブリ(2)に対して反対側のその端部(33)において閉止されており、前記管(3)は真空にされるか、あるいは、誘電体の材料で充満される、ことを特徴とする請求項14〜16のいずれか一項に記載の装置。
- 前記封入容器が、プラズマガスを前記封入容器の中に導入する装置と、プラズマガス(4)を前記封入容器の内部から外部に送り出すためのポンプ装置(5)とを含む、ことを特徴とする請求項14〜19のいずれか一項に記載の装置。
- 前記中心コア体(20)が、プラズマガスを前記封入容器の中に導入するためのダクト(23)を含む、ことを特徴とする請求項17〜20のいずれか一項に記載の装置。
- 前記封入容器内部のプラズマガスの圧力が133Pa未満である、ことを特徴とする請求項12〜21のいずれか一項に記載の装置。
- その内壁(30)および/または外壁(31)がプラズマガス(4)と接触している誘電体の管(3)に沿って表面波プラズマを生成する方法において、
−中心のコア体(20)と、前記中心コア体(20)を囲繞し、かつ電磁波伝播用の環状の容積(22)によって前記中心コア体(20)から分離される外側の導体(21)とから構成される導電性の同軸アセンブリ(2)内において電磁波(W)を伝播させるステップと、
−前記電磁波(W)を、前記誘電体の管(3)の縦方向(X)において前記誘電体の管(3)の切断面の中に導入するステップであって、前記誘電体の管(3)は、前記同軸アセンブリ(2)の端部において、前記電磁波伝播用の環状の容積(22)の中に挿入され、かつ、前記同軸アセンブリの射出面を超えて、前記管(3)の外径の少なくとも2倍に等しい長さにわたって延び出る、ステップと、
を含む、ことを特徴とする方法。 - 前記電磁波がマイクロ波である、ことを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記プラズマガスの圧力が133Pa未満であること、および、前記プラズマが電子サイクロトロン共鳴によって生成される、ことを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記電磁波が無線周波数の電波である、ことを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記同軸アセンブリ(2)を、前記アセンブリ内部に冷却流体を循環させることによって冷却する、ことを特徴とする請求項23〜26のいずれか一項に記載の方法。
- 前記誘電体の管(3)を、前記誘電体の管の厚さの内側または内部に誘電体の冷却流体を循環させることによって冷却する、ことを特徴とする請求項23〜27のいずれか一項に記載の方法。
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