KR20070027750A

KR20070027750A - 균일한 계층화 마이크로파 플라즈마 발생을 제공하기 위한플라즈마 노즐 어레이

Info

Publication number: KR20070027750A
Application number: KR1020077002194A
Authority: KR
Inventors: 이상훈; 제이 중수 김
Original assignee: 아마란테 테크놀러지스 인코포레이티드; 노리츠 고키 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2007-03-09
Also published as: CN101066000B; DE602005026300D1; CN101066000A; EP1790201A2; CA2574114A1; US20060021581A1; JP2008508683A; EP1790201B1; AU2005269581B2; US7806077B2; RU2342734C2; US20080073202A1; WO2006014862A2; JP4896880B2; WO2006014862A3; RU2007107371A; AU2005269581A1; KR100871475B1

Abstract

본 발명은 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 시스템들(10, 70, 230 및 310) 및 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이들(37, 99 및 337)을 형상화하기 위한 방법들에 관한 것이다. 상기 마이크로파들은 특정 방법을 통해서 마이크로파 캐비티(32)로 전송되고 상기 마이크로파 캐비티(32) 내에 고에너지 영역(69)을 포함하는 간섭 패턴(66)을 형성한다. 상기 고에너지 영역(69)은 마이크로파 위상 및 파장에 의해 제어된다. 복 수개의 노즐 요소(36)들이 상기 어레이(37)에 제공된다. 노즐 요소(36)들 각각은 마이크로파 캐비티(32)에 부분적으로 배치된 포션(116)을 구비하고 그를 통하여 관통하는 가스를 수용한다. 상기 노즐 요소(36)들은 고에너지 영역(69)들 중 하나로부터 마이크로파 에너지를 수신하다. 상기 노즐 요소(36)들 각각은 마이크로파가 집중되는 팁부(117)를 구비한 막대형상 컨덕터(114)를 포함하고 그 다음 플라즈마(38)가 수용된 가스를 이용함으로써 발생된다.

마이크로파, 마이크로파 캐비티, 플라즈마, 플라즈마 노즐 어레이, 가스, 플룸

Description

균일한 계층화 마이크로파 플라즈마 발생을 제공하기 위한 플라즈마 노즐 어레이{Plasma nozzle array for providing uniform scalable microwave plasma generation}

본 명세서는 "마이크로파 캐비티 내부의 전력 분포를 제어하기 위한 시스템 및 방법"의 명칭하에 2005년 7월 21일자로 동시에 출원된 PCT 출원 제 호와 관련되어 있으며, 모든 내용이 본 명세서에 참고로 결합되었다.

본 발명은 플라즈마 발생 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 노즐 어레이들을 갖춘 마이크로파 플라즈마 시스템에 관한 것이다.

최근, 플라즈마를 생산하는 공정은 증가되고 있는 추세에 있다. 일반적으로, 플라즈마는 양전하 이온, 중성 입자 및 전자를 포함한다. 일반적으로, 플라즈마는 열적 평형 플라즈마와 열적 비평형 플라즈마와 같이 두 개의 카테고리로 세분화될 수 있다. 열적 평형은 양전하 이온, 중성 입자 및 전자를 포함하는 모든 입자의 온도가 같음을 의미한다.

또한, 플라즈마는 국부 열적 평형(local thermal equilibrium (LTE)) 플라즈마와 국부 열적 비-평형(non-LTE) 플라즈마로 분류될 수 있고, 이와 같이 플라즈마를 분류할 수 있는 근거는 일반적으로 플라즈마의 압력과 관계된다. "국부 열적 평 형(LTE)"이라는 용어는 모든 플라즈마 입자의 온도가 플라즈마 내의 국부 영역에서 동일한 열역학 상태임을 의미한다.

높은 플라즈마 압력에서는 플라즈마가 단위 시간당 많은 충돌을 일으켜서 플라즈마 기체를 구성하는 입자들 사이에서 충분한 에너지 교환이 일어나게 하며, 이는 플라즈마 입자들을 위한 평형 온도를 유도한다. 한편, 낮은 플라즈마 압력에서는 플라즈마 입자들이 충분하게 충돌하지 않음으로써 하나 이상의 온도가 다른 플라즈마 입자들을 발생되게 한다.

국부 열적 비-평형(LTE) 플라즈마, 또는 간단하게 비열 플라즈마(non-thermal plasma)는, 이온들 및 중성 입자들의 온도는 보통 100℃보다 낮지만, 반면에 전자들의 온도는 섭씨 수 만도까지 될 수 있다. 따라서, 국부 열적 비-평형 플라즈마는 거대한 양의 에너지의 소모 없이도 강력하고도 온화한 응용기기를 위한, 고도의 리액티브 도구(reactive tools)로서 역할을 수행할 수 있게 한다. 이와 같은 "열냉각(hot coolness)"은 여러 응용기기가 다양한 처리 능력을 갖게 하고 비용을 절약할 수 있게 한다. 강력한 응용기기에는 금속 용착(deposition) 시스템 및 플라즈마 절단기가 있으며, 온화한 응용기기에는 플라즈마 표면 세정 시스템 및 플라즈마 디스플레이가 있다.

이와 같은 응용기기들 중에는 플라즈마 살균에 쓰이는 기기가 있으며, 이 기기는 높은 저항 박테리아 엔도스포르(endospore)를 포함하여 미생물 생명체를 파괴하기 위해 플라즈마를 사용하는 것이다. 살균 과정은 의학 및 치과용 도구, 재료, 및 최종 사용을 위한 구조물(직물)의 안전성을 확보하는데 중요하다. 병원이나 사 업체에서 사용되는 종래의 살균방법은 압력솥, 산화 에틸렌 가스(EtO), 건열(dry heat),및 감마선 또는 전자빔에 의한 조사(照射)를 포함한다. 상기의 기술들은 취급하고 극복해야 하는 많은 문제점을 가지고 있는 바, 이들은 열적 민감성과 열에 의한 파괴, 중독성 부산물의 형성, 높은 조작 비용, 및 전체 사이클 기간 동안의 비효율성과 같은 문제점을 포함한다. 결과적으로, 건강관리 대행업체 및 건강관리 산업체들에 있어서는, 열에 민감한 다양한 전자 구성요소 및 장비를 포함한 폭 넓은 범위의 의학 재료들에 대하여 구조적인 손상을 초래하지 않고 아주 짧은 시간 내에 실온에 가까운 기능을 가능하게 실행하게 할 수 있게 하는 살균 기술을 장시간 필요로 하고 있다.

살균처리용 대기압 플라즈마들은, 재료를 처리하는 경우에 있어서, 사용자에게 많은 뚜렷한 이점을 제공한다. 상기의 소형 페케이징은 용이하게 형상화할 수 있고, 고가의 진공 쳄버 및 펌핑 시스템의 필요성을 제거하였고, 추가적인 용이 필요성 없이 다양한 환경에 설치될 수 있으며, 작동 비용 및 유지 요구 조건들을 최소화할 수 있게 한다. 사실, 대기 플라즈마 살균처리의 근본적인 중요성은 열 민감성 물체를 살균하고 간편히 사용할 수 있는 능력 및 빠른 순환 사이클에 놓여 있다. 대기압 플라즈마 살균처리는 박테리아 셀막을 공격할 수 있고 손상에 영향을 미칠 수 있는 모든 것인, 산소 원자 및 수산기를 포함하는 반응 중성자들과 플라즈마 발생 자외선 광의 직접적인 영향에 의해 성취될 수 있다. 따라서, 효과적이고 저비용의 살균처리 원으로써 대기압 플라즈마를 발생할 수 있는 장치들이 요구되고 있다.

여러 가지의 플라즈마 발생 시스템의 경우에서 처럼, 대기압 플라즈마 살균처리 시스템의 효율에 영향을 미치는 중요한 요소들 중의 하나는 상기 시스템에 의해 발생된 플라즈마의 계층화성에 있다. 전 세계적으로 산업 및 교육상 설비에서 폭 넓게 사용되고 있는 마이크로파 노즐을 바탕으로 하는 다 수개의 대기압 플라즈마 시스템이 있다. 대부분의 상기의 디자인들은 단일 노즐을 바탕으로 하고 있어 의학장비 응용기기를 살균처리하기 위해 요구된 큰 체적 계층화성이 결핍되어 있다. 또한, 상기와 같은 플라즈마 시스템은 살균처리 응용기기에 적합하지 않은 고온 플라즈마를 발생시킨다.

균일한 플라즈마를 제공하기 위한 하나의 해결책으로는 마이크로파 캐비티에 결합된 노즐 어레이를 사용하는 데에 있다. 상기와 같은 시스템의 중요한 문제들 중의 하나는 마이크로파 캐비티에서 마이크로파 분포를 제어하는 것이며, 이는 상기 캐비티 내에 있는 필요한 영역(이하에서는 "고에너지 영역"이라 함)에서 마이크로파 에너지(또는 동등량의 마이크로파)를 국부적으로 제한하기 위한 것이다. 상기와 같은 시스템에서, 플라즈마 균일성 및 계층화성은 제어된 고에너지 스폿(spot)에 노즐들을 연결함으로써 얻어질 수 있다.

마이크로파 캐비티를 구비한 종래 대부분의 시스템들은 마이크로파 캐비티 내에 균일한 마이크로파 에너지 분포를 제공하기 위해 설계된다. 예를 들면, 2000년에 거링 응용 엔지니어링 주식회사에 의해 웹사이트 www.2450mhz.com을 통해 공개된 "마이크로파 가열 시스템에서 최적으로 수행하기 위한 도파관 구성요소 및 형상" 에서는 두 개의 회전 위상 변환기를 가진 시스템이 개시되어 있다. 상기 시스 템에서, 두 개의 회전 위상 변환기는 마이크로파 캐비티 내에서 균일한 가열 분포를 확보하기 위해 마이크로파 캐비티 내에서 연속적으로 이동하는 고에너지 영역을 발생한다.

상기의 종래 시스템들과는 대조적으로, 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 플라즈마 발생 시스템은 마이크로파 캐비티 내에서 마이크로파를 한정적으로 제어하고 노즐 어레이에 연결된 고에너지 영역을 한정적으로 발생할 수 있어야만 한다. 따라서, 상기 마이크로파 캐비티 내의 고에너지 영역을 한정적으로 발생하고 제어할 수 있고 고에너지 영역으로부터 마이크로파 에너지를 수신하기 위해서 배치된 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 플라즈마 발생 시스템이 강력히 요구되고 있다.

본 발명은 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 다양한 시스템 및 플라즈마 노즐 어레이를 형상화하기 위한 다양한 방법을 제공한다.

본 발명의 일 태양에 따른 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이의 형상화 방법은, 마이크로파들이 마이크로파 캐비티 내에 고정되어 있는 표준 마이크로파 패턴(standing microwave pattern)을 간섭하고 형성하도록 마이크로파들을 서로 반대되는 방향에서 마이크로파 캐비티 내부로 안내하는 단계; 상기 표준 마이크로파 페턴에 의해 발생된 고에너지 영역들을 제어하기 위해서 하나 이상의 마이크로파들의 위상을 조절하는 단계; 및 노즐 어레이의 하나 이상의 노즐 요소들이 대응되는 하나의 고에너지 영역으로부터 마이크로파 에너지를 수용하기 위해 형상지어지도록 상기 마이크로파 캐비티 내에 적어도 부분적으로 노즐 어레이를 배치하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따른 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이의 형상화 방법은, 제1 축을 따라 서로 반대되는 방향에서 제1 쌍의 마이크로파들을 마이크로파 캐비티 내부로 안내하는 단계; 상기 제1 및 제2 쌍의 마이크로파들이 마이크로파 캐비티 내에 고정되어 있는 고에너지 영역들을 간섭하고 형성하도록 제1 축이 제2 축에 수직으로 이루어지게 하고, 제2 축을 따라 서로 반대되는 방향에서 제2 쌍의 마이크로파들을 마이크로파 캐비티 내부로 안내하는 단계; 상기 고에너지 영역들을 제어하기 위해서 하나 이상의 마이크로파들의 위상을 조절하는 단계; 및 노즐 어레이의 하나 이상의 노즐 요소들이 대응되는 하나의 고에너지 영역으로부터 마이크로파 에너지를 수용하기 위해 형상지어지도록 상기 마이크로파 캐비티 내에 적어도 부분적으로 노즐 어레이를 배치하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따른 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치는, 마이크로파 캐비티; 및 노즐들 어레이;를 포함하며, 상기 노즐들 각각은, 가스의 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입구와 방출구를 구비한 가스 유동관; 및 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션과 상기 방출구 근처에 설치된 팁부를 구비하며, 상기 가스 유동관에 축방향으로 배치된 막대형상 컨덕터;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따른 마이크로파 플라즈마 시스템은, 마이크로파 소스; 상기 마이크로파 소스에 작동가능하게 연결된 한 쌍의 절연체; 한 쌍의 유입구를 구비한 마이크로파 캐비티; 하나 이상의 절연체와 상기 마이크로파 캐비티의 하나 이상의 유입구에 각각 작동가능하게 연결되는 한 쌍의 도파관; 하나 이상의 도파관과 하나 이상의 절연체에 각각 작동가능하게 연결되는 한 쌍의 비회전 위상 변환기; 및 노즐들 어레이;를 포함하고, 상기 어레이의 노즐들 각각은, 가스 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입부와 방출부를 구비한 가스 유동관; 및 상기 가스 유동관에 축방향으로 배치되며, 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션 및 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비한 막대형상 컨덕터;를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따른 마이크로파 플라즈마 시스템은, 마이크로파 소스; 상기 마이크로파 소스에 작동가능하게 연결된 절연체; 유입구를 구비한 마이크로파 캐비티; 상기 절연체와 상기 마이크로파 캐비티의 유입구에 작동가능하게 연결되는 도파관; 상기 도파관과 상기 절연체에 작동가능하게 연결되는 비회전 위상 변환기; 상기 도파관에 작동가능하게 연결되고 상기 비회전 위상 변환기로 마이크로파를 안내하기 위해 형상지어진 서큘레이터; 상기 마이크로파 캐비티에 작동가능하게 연결된 슬라이딩 단락 회로; 및 노즐들 어레이;를 포함하고, 상기 노즐들 각각은, 가스 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입부와 방출부를 구비한 가스 유동관; 및 상기 가스 유동관에 축방향으로 배치되며, 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션 및 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비한 막대형상 컨덕터;를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따른 마이크로파 플라즈마 시스템은, 마이크로파 소스; 상기 마이크로파 소스에 작동가능하게 연결된 한 쌍의 절연체; 한 쌍의 유입구를 구비한 마이크로파 캐비티; 상기 절연체들 중 대응되는 하나와 상기 마이크로파 캐비티의 유입구들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되는 한 쌍의 도파관; 상기 도파관들 중 대응되는 하나와 상기 절연체들 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되는 한 쌍의 비회전 위상 변환기; 상기 마이크로파 캐비티에 각각 작동가능하게 연결된 한 쌍의 슬라이딩 단락 회로; 및 노즐들 어레이;를 포함하고, 상기 노즐들 각각은, 가스 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입부와 방출부를 구비한 가스 유동관; 및 상기 가스 유동관에 축방향으로 배치되며, 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션 및 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비한 막대형상 컨덕터;를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따른 마이크로파 플라즈마 시스템은, 마이크로파 소스; 네 개의 유입구를 구비한 마이크로파 캐비티; 상기 마이크로파 캐비티 및 마이크로파 소스의 유입구들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되는 네 개의 도파관; 상기 도파관들과 상기 마이크로파 소스 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되는 네 개의 비회전 위상 변환기; 상기 도파관들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되며, 하나 이상의 비회전 위상 변환기들로 마이크로파에 의해 발생된 마이크로파를 각각 안내하기 위해 형상지어진 네 개의 서큘레이터; 및 노즐들 어레이;를 포함하고, 상기 노즐들 각각은, 가스 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입부와 방출부를 구비한 가스 유동관; 및 상기 가스 유동관에 축방향으로 배치되며, 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션 및 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비한 막대형상 컨덕터;를 포함한다.

당업자라면 다음에 충분히 개시된 발명의 상세한 설명으로부터 본 발명에 따른 상기 이점 및 특징들이 명백하다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 시스템에 대한 개략도.

도 2a는 도 1에 도시된 시스템의 마이크로파 캐비티 내에서 마이크로파가 서로 반대 방향으로 이동하는 두 개 마이크로파의 간섭을 개략적으로 설명한 도면.

도 2b는 도 1에 도시된 시스템을 위한 마이크로파 캐비티 내의 고에너지 영역의 분포를 보인 개략도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 시스템에 대한 개략도.

도 4a는 도 1에 도시된 마이크로파 캐비티 및 플라즈마 노즐 어레이의 평면도.

도 4b는 도 4a에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐에 대한 단면도.

도 4c는 도 4b에 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이의 다른 실시예에 대한 단면도.

도 4d는 도 4b에 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이의 또 다른 실시예에 대한 단면도.

도 5a는 도 4a에 도시된 플라즈마 노즐 어레이의 다른 실시예를 보인 평면 도.

도 5b는 도 5a에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이에 대한 단면도.

도 5c는 도 5b에 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이의 다른 실시예에 대한 단면도.

도 5d는 도 5b에 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이의 또 다른 실시예에 대한 단면도.

도 6a 내지 도 6f는 도 4c에 도시된 마이크로파 플라즈마 노즐의 다른 실시예를 보이는 것으로, 노즐 효율성을 강화하기 위해서 추가 구성요소를 보이고 있는 단면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 시스템에 대한 개략도.

도 8은 도 7에 도시된 시스템의 마이크로파 캐비티 내에 부여된 고에너지 영역의 간섭 패턴을 나타내는 것으로, 고에너지 영역에서의 노즐 어레이의 일 배열 형태를 보인 도면.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 형성된 2차원 어레이에서 고에너지 영역을 발생하기 위한 마이크로파 캐비티 및 도파관의 계략도.

도 10은 도 7 및 도 9에 도시된 시스템의 마이크로파 캐비티 내에 부여된 고에너지 영역의 다른 간섭 패턴을 나타내는 것으로, 고에너지 영역에서의 노즐 어레이의 다른 배열 형태를 보인 도면.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 시스템의 계략도.

도 12는 도 11에서 z-축에 대하여 수직 방향으로 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이의 단면도.

도 13은 도 12에 도시된 노즐의 분해 사시도.

도 14a 내지 도 14i는 도 13에 도시된 막대 형상 컨덕터의 다른 실시예를 보인 단면도.

도 15는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 마이크로파 노즐 어레이를 연결하기 위한 일례의 단계들을 보인 순서도.

다음의 상세한 설명은 현재에 고려된 발명의 최고 실시 형태들 중의 하나이다. 상기 설명은 제한된 의미를 가지는 것은 아니고, 단지 발명의 일반적인 원리들을 설명하기 위한 목적을 위해서 이루어진 것으로서 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 최대한 한정된 것으로 간주되어야 할 것이다.

실시예 및 첨부된 청구범위에서 사용된 것으로서, 단일 형태들인 "a", "and", 및 "the"는 문맥에서 그들에 대하여 분명하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상물을 포함하는 것으로 인식되어야 할 것이다. 따라서, 예들 들면, "노즐"은 당업자에 의해 공지된 동등물 및 하나 이상의 노즐을 포함하는 것으로 이해되어져할 것이다.

언급된 바와 같이, 종래의 마이크로파 플라즈마 시스템은 마이크로파 캐비티 로 전송된 두 개의 마이크로파 사이에서의 위상차를 제어함으로써 마이크로파 캐비티 내에서의 균일한 분포를 발생시킨다. 종래의 시스템들과는 달리, 본 발명은 마이크로파 캐비티 내에서 불변의 고에너지 영역을 생성할 수 있는 마이크로파의 위상을 제어하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 또한, 고에너지 영역으로부터 나온 전력을 사용하기 위해서 플라즈마 노즐 어레이를 형상화하기 위한 방법들이 개시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 시스템(10)에 대한 개략도이다. 설명된 바와 같이, 상기 시스템(10)은, 마이크로파를 발생하는 마이크로파 전력 헤드(12) 및 상기 마이크로파 전력 헤드(12)에 의해 발생된 마이크로파를 분할하는 두 개의 방출구를 구비한 전력 분할기(14)를 갖춘 마이크로파 소스(macrowave source, 13); 상기 마이크로파 전력 헤드(12)를 향하여 이동하는 역행 마이크로파를 흩뜨리기 위해 형상지어지고, 각 절연체는 역행 마이크로파를 흩뜨리기 위한 더미 로드(18a, 18b)와 상기 상응하는 더미 로드(18a, 18b)로 역행 마이크로파를 전환시키기 위한 서큘레이터(16)를 갖춘 한 쌍의 절연체(17a, 17b); 상기 마이크로파의 위상을 변환시키기 위한 한 쌍의 비회전 위상 변환기(24a, 24b); 상기 전력 분할기(14)에서 상기 비회전 위상 변환기(24a, 24b)로 마이크로파를 각각 안내하기 위한 한 쌍의 서큘레이터(22a, 22b); 마이크로파를 전송하는 도파관(20a, 20b); 및 마이크로파 캐비티(32);을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 시스템(10)은 마이크로파 플럭스를 측정하기 위해 전력 미터(28a, 28b)에 연결된 커플러(26a, 26b); 및 마이크로파의 임피던스를 맞추기 위한 튜너(30a, 30b)를 추가로 포함한다. 일반적으로, 상기 마이크로파 전력 헤드(12)는, 간편함을 위해서 도 1에 도시되지 않은, 마이크로파 발생기 및 전력 공급부를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 절연체는 마이크로파 전력 헤드(12)와 두 개의 방출구 전력 분할기(14) 사이에 설치되며, 한 쌍의 절연체(17a, 17b)를 대신한다.

하나 이상의 노즐(36)을 구성하는 노즐 어레이(37)는 마이크로파 캐비티(32)에 연결되며, 가스 탱크(34)로부터 다량 유동 제어(mass flow control, MFC) 밸브(35)를 통해서 제공된 가스로부터 플라즈마 플룸(38a 내지 38n)을 발생한다. 상기 시스템(10)을 위해 사용된 노즐(36) 및 마이크로파 캐비티(32)의 몇 가지 실시예가 "향상된 플룸 안정성 및 가열 효율성을 갖춘 마이크로파 플라즈마 노즐"의 명칭 하에 2005년 7월 5일에 출원된 계류중인 PCT출원서에 개시되었으며, 그의 모든 것들이 참고로 본 명세서에 결합되었다.

상기 전력 분할기(14)로부터 전송된 마이크로파(40a, 40b)는 마이크로파 공동(32) 내에서 X-축을 따라 반대방향으로 이동하고, 도 2a에 도시된 바와 같이 간섭 패턴을 생성한다. 도 2a는 마이크로파 캐비티(32) 내에서 표준 마이크로파(54)를 생성하기 위해 서로 간섭하는 마이크로파들(52a, 52b)의 좌표(plot, 50)를 보이고 있다. 상기 좌표(50)의 횡좌표 및 세로좌표는 각각 마이크로파 전파 방향 및 마이크로파의 진폭을 나타낸다. 상기 표준 마이크로파(54)의 강도가 진폭의 면적에 비례하기 때문에, 표준 마이크로파(54)는 진폭이 그의 최대 진폭(58)에 도달하는 각 사이클에 대한 피크 위치(64)를 가진다(간편함을 위해서, 다음에서는 상기 진폭이 진폭의 절대값으로 언급된다).

고에너지 영역(69)은 표준 마이크로파(54)의 진폭이 사용자에 의해 설정될 수 있는 한계(60)를 초과하는 위치로 언급된다. 도 5a 및 도 10과 관련하여 설명될 수 있는 바와 같이, 하나 이상의 노즐이 각 고에너지 영역(69)에서 x-방향을 따라 설치될 수 있다. 그러한 경우에서, 상기 고에너지 영역(69)의 폭(62)은 노즐들의 치수, 두 개의 이웃하는 노즐들 사이의 간격, 및 최대 진폭(58)의 값을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 사용자는 고에너지 영역(69)으로 전체 노즐을 위한 마이크로파 에너지를 제공하기 위해서 최대 진폭(58)의 75% 까지 한계(60)를 설정할 수 있다.

피크 위치(64) 및 상기 피크의 최대 진폭(58)뿐만 아니라 고에너지 영역(69)의 폭(62)은 비회전 위상 변환기(24a, 24b)에 의해 제어될 수 있으며, 반면에 피치(56)는 마이크로파들(52a, 52b)의 파장에 의해 결정된다. 만약 마이크로파들(52a, 52b) 사이의 위상차가 감소된다면, 최대 진폭(58) 및 고에너지(69) 영역의 폭(62)은 증가한다. 만약 두 개의 마이크로파(52a, 52b)의 위상이 x-축을 따라 일방향으로 이동한다면, 피크 위치(64)는 상기의 일 방향으로 이동할 수 있다.

도 2b는 x-z면에 대하여 수직방향에서 보여진 마이크로파 캐비티(32) 내의 고에너지 영역(69)의 분포를 나타낸다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 고에너지 영역(69)은 상기 마이크로파 캐비티(32)에서 방향들(68a, 68b)로 각각 전파하는 마이크로파들(52a, 52b)의 간섭에 의해 발생된다. 상기 마이크로파(52a, 52b)가 일차원 파장일 때, 각각의 고에너지 영역(69)은 직사각형 스트립 형상일 수 있으며 피치(56)의 절반으로 일정한 간격을 이룬다. 도 2a 및 도 2b에서, 상기 마이크로파 캐비티는 설명을 목적으로 직사각 평형 6면체로 추정된다. 그러나, 상기 마이크로파 캐비티는 본 발명으로부터 벗어남 없이 임의의 다른 형상일 수 있음을 당업자에 의해 명백해져야 할 것이다.

다른 실시예에서, 마이크로파 소스(13)는 두 개의 개별 마이크로파 전력 헤드 및 각각 그에 부착된 두 개의 절연체에 의해 대체될 수 있으며, 여기서 각 마이크로파 전력 헤드는 마이크로파를 마이크로파 캐비티(32)로 전송한다. 상기 실시예에서, 두 개의 마이크로파(52a, 52b)는 다른 파장과 진폭을 가진다. 그러나, 상술된 바와 같은 동일한 원리를 적용함으로써, 상기 비회전 위상 변환기(24a, 24b)는 피크 위치(64) 및 고에너지 영역(69)의 폭(62)뿐만 아니라 최대 진폭(58)을 제어하기 위해 이용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 캐비티 내에서 고에너지 영역을 한정적으로 발생시키기 위한 시스템(70)의 계략도이다. 설명된 바와 같이, 상기 시스템(70)은, 마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 전력 헤드(72); 상기 마이크로파 전력 헤드(72)를 향하여 전파하는 역행 마이크로파를 흩뜨리기 위해 형상지어진 더미 로드(76)와 상기 더미 로드(76)로 역행 마이크로파를 전환시키기 위한 서큘레이터(78)를 갖춘 절연체(74); 상기 마이크로파 위상을 제어하기 위한 비회전 위상 변환기(82); 서큘레이터(80); 마이크로파 캐비티(92); 마이크로파를 마이크로파 전력 헤드(72)에서 마이크로파 캐비티(92)로 전송하는 도파관(90); 및 반사된 마이크로파의 위상을 제어하기 위한 슬라이딩 단락 회로(94);를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 시스템(10)은 마이크로파 플럭스를 측정하기 위해 전력 미 터(84)에 연결된 커플러(86); 및 마이크로파의 임피던스를 맞추기 위한 튜너(88)를 추가로 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 슬라이딩 단락 회로(94)는 벽으로 대체될 수 있으며, 여기서 상기 마이크로파 전파에 따른 마이크로파 캐비티(92)의 면적은 다수의 마이크로파의 반파장(half wavelength)이 된다. 노즐(98)을 구성하는 노즐 어레이(99)는 마이크로파 캐비티(92)에 연결되며 가스 탱크(96)로부터 제공된 가스로부터 플라즈마 플룸(100)을 발생시킨다. 상기 노즐(98)의 상세한 사항이 아래에 기술될 것이다.

도 3에서, 인셋 다이어그램(inset diagram, 102)은 마이크로파 전력 헤드(72)에서 마이크로파 캐비티(92)로 전송된 마이크로파의 전파를 설명한다. 전송된 마이크로파는 화살표 104로 지시된 바와 같이, 슬라이딩 단락 회로(94)로부터 반사된 것이며, 그는 마이크로파 캐비티(92) 내에서 표준 마이크로파를 발생하기 위하여 유입되는 마이크로파를 간섭한다. 상기 슬라이딩 단락 회로(94)는 반사된 마이크로파의 위상을 제어할 수 있으며, 만약 그가 비회전 위상 변환기(82)와 관련하여 사용된다면 피크 위치 및 표준 파장의 최대 진폭뿐만 아니라 도 2b에 도시된 고에너지 영역(69)과 유사한 고에너지 영역의 폭을 제어하다.

도 4a는 도 1에 도시된 플라즈마 노즐 어레이(37)의 평면도이고, 마이크로파를 반대 방향(68a, 68b)으로 전달함으로써 마이크로파 캐비티(32) 내에 설립된 고에너지 영역(69)에 설치된 노즐(36)을 설명한다. 설명된 바와 같이, 37로 나타낸 노즐 어레이는 2차원 어레이로서 개시되었다. 그러나, 노즐의 다른 배열들이 사용될 수 있음은 당업자에 의해 명백해질 것이다. 예를 들면, 상기 노즐 어레이(37)는 단지 z-방향이나 x-방향으로 배열된 노즐(36)의 일차원 어레이를 가진다. 이는 도 3의 노즐 어레이(99)는 도 4a에 도시된 것과 같이 동일한 배열을 가지는 것으로 인식되어야 한다.

도 4b는 도 4a에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이에 대한 단면도(110)를 보이고 있다. 설명된 바와 같이, 상기 마이크로파 캐비티(32)는 가스 탱크(34)로부터 가스를 허용하기 위한 가스 유동 체널(112)을 형성하는 벽(111); 및 마이크로파 소스(13)으로부터 전송된 마이크로파를 수신하고 고에너지 영역(69)을 발생하는 캐비티(113)를 포함한다. 각 노즐(36)은 가스 유동 체널(112)을 통해서 가스를 수용하기 위해 캐비티 벽(111)에 연결된 가스 유동관(120); 상기 캐비티(113) 내의 고에너지 영역(69)으로부터 마이크로파를 포집하기 위한 포션(116)을 갖춘 막대 형상 컨덕터(114); 및 상기 막대 형상 컨덕터(114)와 가스 유동관(120) 사이에 배치된 와류 가이드(118);를 포함한다. 상기 와류 가이드(118)는 막대 형성 컨덕터(114)의 둘레에 나선형 소용돌이 유동 통로(120)를 형성하기 위한 하나 이상의 개구(119)를 구비한다. 상기 막대 형상 컨덕터 포션(116)에 의해 수신된 마이크로파는 가스를 이용하여 플라즈마 플룸(38)을 발생하기 위해서 테이퍼진 팁부(117)에 집중된다. 상기 가스 유동관(120)은 실질적으로 마이크로파가 투과되는 재료로 이루어진다. 예를 들면, 상기 가스 유동관(120)은 석영과 같은 유전체 재료로 이루어진다.

상기 고에너지 영역(69)의 폭(62)은 비회전 위상 변환기(24a, 24b)를 제어함으로써 최대한으로 활용될 수 있다. 일반적으로, 고에너지 영역(69)의 작은 폭은 보다 높은 노즐(36)의 작동 효율성을 형성한다. 그러나, 시스템(10)이 작동하는 동안 고에너지 영역(69)의 전위 변화를 고려하여, 고에너지 영역(69)의 폭(62)은 막대 형상 컨덕터(114)의 직경보다 약간 클 수 있다.

도 4c는 도 4b에 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이의 다른 실시예에 대한 단면도(122)이다. 설명된 바와 같이, 노즐(128)은 도 4b에 도시된 것들과 같은 유사한 구성요소를 이룬다. 도 4c는 가스 유동 체널(127)을 통해서 가스를 수용하기 위하여 벽(126)에 밀봉가능하게 연결된 가스 유동관(134); 캐비티(133) 내의 고에너지 영역(69)으로부터 마이크로파를 포집하기 위한 막대 형상 컨덕터(130); 및 와류 가이드(132);를 포함한다. 상기 가스 유동관(134)은 실질적으로 마이크로파가 투과(즉, 마이크로파가 아주 적은 에너지의 손실로 가스 유동관(134)을 통해서 관통할 수 있다)되는 임의의 재료로 이루어질 수 있으며, 결과적으로, 가스 유동관(134)을 관통하여 유동하는 가스는 막대 형상 컨덕터(130)의 테이퍼진 팁부의 영역에 도달하기 전에 캐비티(133) 내에서 예열된다.

도 4d는 도 4a에 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이의 또 다른 실시예에 대한 단면도(140)이다. 설명된 바와 같이, 노즐(144)은 도 4b의 그들의 상대물들과 유사한 구성요소인, 가스를 수용하기 위해 마이크로파 캐비티(142)의 벽(143)에 밀봉가능하게 연결된 가스 유동관(148); 고에너지 영역(69)으로부터 마이크로파를 포집하기 위한 막대 형상 컨덕터(152); 및 와류 가이드(146);를 구비한다. 상기 마이크로파 캐비티(142)는 가스 탱크(34)에 연결된 가스 유동 체널을 형성할 수 있다. 상기 막대 형상 컨덕터(152)는, 마이크로파를 수신하기 위해서 막대 형상 컨덕터(114)의 포션(116)이 캐비티(113) 내에 삽입된 도 4b에 도시된 컨덕터(114)와 유사할 수 있다. 그 다음, 수신된 마이크로파는 표면을 따라 이동하고 테이퍼진 팁부에 집중된다.

상술된 바와 같이, 고에너지 영역(69)의 폭(62)(도 2 참조)은 비회전 위상 변환기(24a, 24b)를 제어함으로써 최대한 활용될 수 있다. 일반적으로, 보다 작은 폭의 고에너지 영역(69)은 보다 큰 노즐(36)의 작동 효율성을 형성할 수 있다. 상기의 이유에 있어서, 도 4a 내지 도 4d에서, 고에너지 영역(69)의 폭(62)은 막대 형상 컨덕터(114)의 직경보다 약간 클 수 있다. 이러한 적용에서, x-방향에서 두 개의 이웃하는 노즐들 사이의 간격은 반대 방향(68a, 68b)으로 이동하는 마이크로파의 반파장일 수 있다. 그러나, 약간의 다른 적용에서, 반파장의 간격은 x-방향을 따라 플라즈마 특징인 파동을 도입할 수 있으며, 결과적으로, 노즐들 사이의 유사한 간격이 요구될 수 있다. 도 5a 내지 도 5d는 x-방향에서 두 개의 이웃하는 노즐들 사이에 다양한 간격을 가진 노즐 어레이를 설명한다.

도 5a는 도 4a에 도시된 플라즈마 노즐 어레이의 다른 실시예(37')를 보인 평면도로서, 반대 방향(68a', 68b')으로 이동하는 마이크로파에 의해 성립된 고에너지 영역(69') 내에 설치된 노즐(36')을 설명한다. 도시된 바와 같이, 고에너지 영역(69')의 폭(62')은, 비록 피치(54')가 마이크로파의 파장과 동등할지라도 x-방향으로 하나 이상의 노즐(36')을 수용하기 위해 충분히 크게 형성된다. 상기 폭(62')은 도 2에 관련하여 개시된 바와 같이 마이크로파들(68a', 68b') 사이의 위상차를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 이는 도 3의 노즐 어레이(99)가 도 5a에 도시된 바와 같이 동일한 배열을 가지는 것으로 인식되어져야 할 것이다.

도 5b 내지 도 5d는 도 5a에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 도시된 마이크로파 캐비티 및 노즐 어레이에 대한 다양한 실시예를 보인 단면도이다. 설명된 바와 같이, 110'(도 5b), 122'(도 5c) 및 140'(도 5d)로 도시된 세 개의 실시예들은 각각의 110, 122 및 140으로 도시된 그들의 상대물과 유사하지만, 폭(62')이 x-방향으로 하나 이상의 노즐을 수용하기에 충분히 크게 형성될 수 있는 것에서 차이가 있다.

도 4b 내지 도 4d와 도 5b 내지 도 5d에 개시된 각 노즐은 마이크로파를 수신하기 위해 캐비티 내에 삽입된 포션을 구비한 막대 형상 컨덕터를 포함한다. 그 다음, 수신된 마이크로파는 표면을 따라 이동하여서 테이퍼진 팁부에 집중된다. 이동하는 마이크로파의 포션이 가스 유동관을 통하여 상실되기 때문에, 차폐 기구가 도 6a 및 도 6b에 개시된 바와 같이 노즐의 효율성을 강화시키기 위해 사용된다.

도 6a는 도 4c에 도시된 노즐(36)의 다른 실시예를 보인 노즐(160)의 단면도이다. 개시된 바와 같이, 상기 노즐(160)은 막대 형상 컨덕터(162); 가스 유동관(164); 와류 가이드(166); 및 가스 유동관(164)을 통해서 상실되는 마이크로파를 감소시키기 위한 내부 차폐물(168)을 포함한다. 상기 내부 차폐물(168)은 관형으로 이루어질 수 있으며 와류 가이드(166)의 외주변을 따라 형성된 홈에 배치될 수 있다. 상기 내부 차폐물(168)은 막대형상 컨덕터(162) 둘레에서 나선형 유동 방향의 추가 제어를 제공하며 가스 유동관(164)과 막대형상 컨덕터(162) 사이의 갭을 변화시킴으로써 플라즈마의 안전성을 증가시킨다.

도 6b는 도 4c에 도시된 노즐의 다른 실시예인 다른 노즐(170)을 보인 단면 도이다. 개시된 바와 같이, 노즐(170)은 막대형상 컨덕터(172), 가스 유동관(174), 와류 가이드(176), 가스 유동관(174)을 통해서 상실되는 마이크로파 전력을 감소시키기 위한 접지 차폐물(178)을 포함한다. 접지 차폐물(178)은 마이크로파 공동의 외부인 가스 유동관(174)의 일부를 덮을 수 있다. 상기의 내부 차폐물(168)과 같이, 상기 접지 차폐물(178)은 막대형상 컨덕터(172) 둘레에서 나선형 유동 방향의 추가 제어를 제공하며 가스 유동관(174)과 막대형상 컨덕터(172) 사이의 갭을 변화시킴으로서 플라즈마 안전성을 증가시킨다.

상기에 언급된 바와 같이, 도 4b 내지 도 4d 및 도 5b 내지 도 5d에 도시된 노즐들에 적용된 주 가열 기구는 막대형상 컨덕터의 테이퍼진 팁부에 인접하게 집중되고 방전되며, 여기서 노즐은 살균 처리를 위한 국부 열적 비평형 플라즈마(non-LTE plasma)를 발생할 수 있다. 상기 국부 열적 비평형 플라즈마에서, 이온 입자 및 중성 입자의 온도는 100℃보다 낮지만, 반면에 전자들의 온도는 섭씨에서 수 만도의 온도까지 될 수 있다. 따라서, 상기의 플라즈마는 높게 전자적으로 여기된다. 전자 온도를 강화하고 노즐 효율을 증가시키기 위해서, 도 6c 내지 도 6f에 개시된 바와 같이, 노즐은 가스가 가스 유동관 내부에 있는 동안 가스를 전자적으로 여기시키는 기구들을 추가로 포함할 수 있다.

도 6c는 도 4c에 도시된 노즐(36)의 또 다른 실시예를 보인 노즐(180)의 단면도이다. 개시된 바와 같이, 노즐(180)은 막대형상 컨덕터(182), 가스 유동관(184), 와류 가이드(186), 가스 유동관(184) 내의 소용돌이 가스를 전자적으로 여기시키기 위한 한 쌍의 외부 자석(188)을 포함한다. 각 외부 자석(188)은 가스 유동관(184)의 외부 표면 둘레에 배치된 반원 단면을 가진 실린더 셀을 구비할 수 있다.

도 6d는 도 4c에 도시된 노즐(136)의 또 다른 실시예인 노즐(190)의 단면도이다. 개시된 바와 같이, 노즐(190)은 막대형상 컨덕터(192), 가스 유동관(194), 와류 가이드(196), 가스 유동관(194) 내의 소용돌이 가스를 전자적으로 여기시키기 위해서 가스 유동관(194) 내부에 있는 와류 가이드(196)에 의해 고정된 한 쌍의 내부 자석(198)을 포함한다. 각 내부 자석(198)은 반원 단면을 가진 실린더 셀을 구비할 수 있다.

도 6e는 도 4c에 도시된 노즐(36)의 또 다른 실시예인 노즐(200)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 노즐(200)은 막대형상 컨덕터(202), 가스 유동관(204), 와류 가이드(206), 한 쌍의 외부자석(208), 및 내부 차폐물(210)을 포함한다. 각각의 외부 자석(208)은 반원 단면을 가진 실린더 셀을 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 내부 차폐물(210)은 일반적으로 관형으로 이루어질 수 있다.

도 6f는 도 4c에 도시된 노즐(36)의 다른 실시예인 노즐(212)을 보인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 노즐(212)은 막대형상 컨덕터(214), 가스 유동관(216), 와류 가이드(218), 양극 단자(anode, 220), 및 음극 단자(cathode, 222)를 포함한다. 상기 양극 단자(220)와 음극 단자(222)는 전력 공급원(간략함을 위해서 도 5f에 미도시됨)에 연결되며, 가스 유동관(216) 내의 소용돌이 가스를 전자적으로 여기시킨다.

상술된 바와 같이, 도 6a 내지 도 6f는 도 4b에 도시된 노즐(36)의 다양한 실시예를 보인 단면도이다. 그러나, 도 6a 내지 도 6f에 도시된 실시예들은 도 4c 및 도 4d와 도 5b 내지 도 5d에 도시된 노즐들에 적용될 수 있는 것은 일반적인 기술들 중의 하나에 의해 자명한 것이다. 또한, 상기 기술에 기술된 하나는 도 4a 내지 도 6f의 설명이 도 3의 시스템(70)에 동등하게 적용될 수 있는 것으로 인식될 것이다.

다시 도 2b를 참고로 하면, 상기 노즐(36)은 마이크로파 캐비티(32) 내의 마이크로파 에너지의 사용을 최대화하기 위해서 고에너지 영역(69) 내에서 형성될 수 있다. 일반적으로, 마이크로파 캐비티(32)의 작동 효율성은 고에너지 영역(69)이 단지 노즐(36) 둘레로 국한된다면 증가할 수 있다. 일반적인 노즐의 단면적이 거의 단일체의 가로세로 비를 가진 원형 또는 직사각형일 때, 마이크로파 캐비티의 작동 효율성은 고에너지 영역이 도 7 내지 도 9에 기술되는 것과 같이 2차원 메트릭스 형태로 직사각형 영역 내에 국한된다면 최대화될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 노즐 어레이를 가진 도면부호 230으로 나타낸 시스템의 계략도이다. 230으로 나타낸 시스템의 구성요소는 마이크로파들이 마이크로파 캐비티(250)에서 서로 수직으로 이동하는 것을 제외하고는 도 1에서의 그들에 대한 상대물들과 유사하다. 개시된 바와 같이, 상기 시스템(230)은, 마이크로파 전력 헤드(232) 및 두 개의 방출구를 가진 전력 분할기(234)로 이루어진 마이크로파 소스(233); 한 쌍의 비회전 위상 변환기(244a, 244b); 한 쌍의 서큘레이터(236a, 236b) 및 한 쌍의 더미 로드(238a, 238b)를 포함한 한 쌍의 절연체(237a, 237b); 한 쌍의 서큘레이터(242a, 242b); 도파관(240a, 240b); 마이크로 파 캐비티(250); 바람직하게 2차원 어레이를 형성하는 하나 이상의 노즐(256); 및 한 쌍의 슬라이딩 단락 회로(254a, 254b);를 포함한다. 인셋 다이어그램(260a, 260b)은 마이크로파 캐비티(250)로 이동된 마이크로파들을 나타낸다. 상기 시스템(230)은, 한 쌍의 커플러(246a, 246b); 한 쌍의 튜너(248a, 248b); 및 한 쌍의 커플러(246a, 246b)에 각각 연결된 한 쌍의 전력 미터(247a, 247b);를 추가로 포함한다. 상기 가스 탱크(34)는 마이크로파 캐비티(250)에 결합된 노즐(256)로 가스를 제공하기 위해서 마이크로파 캐비티(250)에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 절연체는 절연체들(237a, 237b)을 대신하여 마이크로파 전력 헤드(232)와 전력 분할기(234) 사이에 설치될 수 있다.

도 8은 두 개의 간섭 마이크로파의 전파 방향에 의해 형성된 면에 대하여 수직방향으로 관찰된 마이크로파 캐비티(250) 내의 고에너지 영역의 분포를 개시하고 있으며, 여기서 두 개의 마이크로파는 파형들(260a, 260b)로 나타내어진다. 도 8에 도시된 바와 같이, 파형들(260a, 260b)로 나타내어진 두 개의 마이크로파 및 파형들(261a, 261b)로 나타내어진 두 개의 반사 마이크로파는 2차원 어레이 형태에서 고에너지 영역(268)을 발생하며, 간격들(264a, 264b)은 마이크로파들(260a, 260b)의 반파장과 각각 일치한다. 도 2b에 도시된 간섭 패턴에 적용된 것과 같은 동일한 원리에 의해서, 마이크로파들(260a, 261a) 및 마이크로파들(260b, 261b)은 각각이 스트립 형상 고에너지 영역(262a, 262b)을 생성하는 두 개의 표준 마이크로파를 발생한다. 그 다음, 상기 표준 마이크로파는 도 8에 개시된 것과 같은 메트릭스 형태로 고에너지 영역(268)을 발생하기 위해서 추가로 간섭한다. 고에너지 영역(258)의 위치 및 폭(266a, 266b)은 비회전 위상 변환기(244a, 244b) 및/또는 슬라이딩 단락 회로(254a, 254b)에 의해 제어된다. 각 노즐(256)의 막대형상 컨덕터의 포션은 도 8에 개시된 바와 같이 마이크로파 에너지를 포집하기 위해 고에너지 영역 내에 설치된다.

다른 실시예에서, 두 개의 개별 마이크로파 전력 헤드는 마이크로파 소스(233)를 대신할 수 있으며, 여기서 각 마이크로파 전력 헤드는 마이크로파를 마이크로파 캐비티(250)로 전송한다. 상기의 실시예에서, 두 개의 마이크로파는 파장과 진폭이 서로 다르며, 결과적으로, 간격들(264a, 264b)이 서로 다르다. 마찬가지로, 고에너지 영역들의 폭들(266a, 266b)은 서로 다르다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 어레이 형태에서 고에너지 영역을 발생하기 위해서, 도면부호 270으로 총괄적으로 나타낸, 마이크로파 캐비티 및 파장에 대한 개략도이다. 개시된 바와 같이, 마이크로파 캐비티(276)는 네 개의 파장(272a 내지 272d)을 통하여 각각 이동하는 네 개의 마이크로파(274a 내지 274d)를 수용한다. 상기 마이크로파의 위상은 파장(272a 내지 272d)에 각각 연결된 네 개의 비회전 위상 변환기(도 9에 미도시됨) 중에서 대응되는 하나에 의해 제어된다. 상기 네 개의 마이크로파(274a 내지 274d)는 하나 이상의 마이크로파 전력 헤드를 통해 발생된다. 각각의 네 개의 마이크로파(274a 내지 274d)는 네 개의 마이크로파 전력 헤드 중 각각에 대응되는 하나를 통해 발생될 수 있다. 다른 실시예에서, 두 개의 마이크로파 전력 헤드는 마이크로파들을 발생하고, 여기서 각 마이크로파는 두 개의 마이크로파로 분할된다. 또 다른 실시예에서, 하나의 마이크로파 전력 헤드는 네 개의 방출구를 가진 전력 분할기를 이용하여 네 개의 마이크로파로 분할할 수 있다. 이는 상기 세 개의 실시예들이 단지 실험 목적을 위해 제공되는 것으로 인식되어져야 한다. 따라서, 네 개의 마이크로파를 제공할 수 있는 능력을 가진 임의의 적당한 시스템이 본 발명의 범위를 벗어남 없이 마이크로파 도파관(272a 내지 272d)로 사용될 수 있음이 일반적인 기술의 것들에 의해 자명한 것으로 되어야 한다.

또한, 도 6a 내지 도 6f의 다양한 실시예들의 노즐들 및 도 4b 내지 도 4d에 도시된 가스 유동 체널을 형성하는 마이크로파 캐비티의 벽들은 도 9에 개시된 시스템들에 적용될 수 있다. 간결함을 위해서, 상기의 실시예들은 개시하지 않았다.

다시 도 8을 참고로 하면, x-방향 및 z-방향의 두 개의 이웃하는 노즐들 사이의 간격들(264a, 264b)은 각각 파형(260a, 260b)에 의해 나타내어진 마이크로파의 반파장일 수 있다. 임의의 적용에서, 상기의 반파장 간격들은 x-방향 및 z-방향을 따라 플라즈마 특징들의 파동을 도입할 수 있으며, 결과적으로, 보다 좁은 간격이 요구된다. 예를 들면, 도 10은 도 7 및 도 9에 개시된 시스템들의 마이크로파 캐비티 내에서 발견된 고에너지 영역의 다른 간섭 패턴을 도시학적으로 보이고 있다. 개시된 바와 같이, 각 고에너지 영역(268')은 이웃하는 노즐들 사이의 더 좁은 간격을 제공하는 하나 이상의 노즐(256')을 포함한다. 상기 간격을 감소시킴으로써, 마이크로파 캐비티(250')에 연결된 노즐 어레이는 x-방향 및 z-방향 둘 다로 강화된 균일성을 가진 플라즈마를 발생할 수 있게 된다. 도 8의 경우에서 처럼, 각 고에너지 영역(268')의 폭(266a)은 두 개의 마이크로파(260a', 261a') 사이의 위상 차를 조절함으로써 제어될 수 있으며, 반면에 상기 폭(266b')은 두 개의 마이크로파(260b', 261b') 사이의 위상차를 조절함으로써 제어될 수 있다.

도 11은 도면부호 310으로 나타내어지고 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 노즐 어레이(337)를 구비한 시스템의 계략도이다. 개시된 바와 같이, 도면부호 310으로 나타내어진 시스템은 노즐 어레이(337)에 있는 노즐(336)들이 가스탱크(334)에서 나오는 가스를 직접 수용하는 것에 차이점이 있지만 도면부호 10(도 1 참조)으로 나타내어진 시스템과는 거의 유사하다. 상기 가스 탱크(334)로부터의 가스 라인(370)은 복수 개의 분기관(371)을 구비하며, 여기서 각 분기관은 노즐(336)들 중 하나에 연결되며 종래 가스관으로 형성된다.

도 12는 도 11에서 z-축에 대하여 수직 방향으로 얻어진 마이크로파 캐비티(332) 및 노즐 어레이(337)의 단면도를 보인다. 개시된 바와 같이, 상기 노즐(336)은, 가스 유동관(358); 상기 가스 유동관(358)을 통해서 손실되는 마이크로파를 감소시키고 캐비티 벽(332)으로 밀봉된 접지 차폐물(360), 여기서 상기 가스 유동관(358)은 접지 차폐물(360)에 단단히 끼워 맞춰진다; 마이크로파 캐비티(332) 내부로부터 마이크로파를 수신하기 위해서 마이크로파 캐비티(332) 내에 배치된 포션(354)을 구비한 막대형상 컨덕터(352); 상기 막대형상 컨덕터(352)와 접지 차폐물(360) 사이에 배치되고 접지 차폐물(360)에 관계하여 막대형상 컨덕터(352)를 확고하게 지지하기 위해 형상지어진 위치설정 홀더(356); 및 상기 접지 차폐물(360)에 분기관(371)을 연결하기 위한 가스 공급기(362);를 포함한다. 상기 위치설정 홀더(356), 접지 차폐물(360) 및 막대형상 컨덕터(352) 각각은 와류관(146)(도 4d), 접지 차폐물(178)(도 6b) 및 막대형상 컨덕터(152)(도 4d)의 것들과 동일한 재료로 이루어진다. 예를 들면, 상기 접지 차폐물(360)은 금속, 바람직하게는 구리로 이루어진다.

도 12에 개시된 바와 같이, 상기 노즐(336)은 가스 공급기(362)를 통해서 가스를 수용한다. 상기 가스 공급기(362)는 미국, 인디애나주, 인디애나폴리스에 소재하는 SMC 주식회사에 의해 제조된 기압 원터치 피팅(모델 제KQ2H05-32호)이다. 상기 가스 공급기(362)의 일단부는 도 13에 개시된 바와 같이 접지 차폐물(360)의 구멍(364)의 가장자리 위에 형성된 암나사와 맞춰지는 수나사 볼트로 이루어진다. 이는 본 발명이 가스 공급기들의 다른 적당한 형태들로 실행될 수 있음이 일반적인 기술의 것들로 자명해진다. 상기 시스템(310)을 위해 사용되는 노즐(336) 및 마이크로파 캐비티(332)들에 대한 몇 가지의 실시예들이 "향상된 플룸 안정성 및 가열 효율성을 갖춘 마이크로파 플라즈마 노즐"의 명칭 하에 2005년 7월 7일에 출원된 PCT 출원서에 이미 언급되어 개시되었다.

도 13은 도 12에 도시된 노즐(336)의 분해사시도이다. 개시된 바와 같이, 상기 막대형상 컨덕터(352) 및 접지 차폐물(360)은 위치설정 홀더(356)의 내외주변에 각각 체결된다. 상기 막대형상 컨덕터(352)는 마이크로파를 마이크로파 캐비티(332)로부터 포집하기 위해 안테나로서 작용하는 포션(354)을 구비한다. 상기의 포집된 마이크로파는 막대형상 컨덕터(352)를 따라 이동하고 가스 유동관(358)을 통해 유동하는 가스를 이용하여 플라즈마(338)를 발생한다. 상기 막대형상 컨덕터라는 용어는 원형, 달걀형(oval), 타원형(elliptical) 또는 직사각 단면 또는 그의 결합물과 같은 다양한 단면으로 이루어진 커버 컨덕터를 의미한다.

상기 마이크로파는 마이크로파 캐비티(332) 내부로 연장하는 막대형상 컨덕터(352)의 포션(354)에 의해 포집된다. 상기와 같은 마이크로파는 테이퍼진 팁부를 향하여 막대형상 컨덕터의 아래로 이동한다. 특히, 상기 마이크로파는 막대형상 컨덕터(352)의 표면에 의해 수신되며 그의 표면을 따라 이동한다. 마이크로파 침투 및 이동을 위한 표면 깊이는 마이크로파 주파수 및 컨덕터 재료의 함수다. 상기 마이크로파 침투 깊이는 1밀리미터 미만일 수 있다. 따라서, 중공부(401)를 가진 도 14a의 막대형상 컨덕터(400)는 막대형상 컨덕터(352)의 다른 실시예이다.

몇몇 귀금속이 우수한 마이크로파 컨덕터로 사용되는 것이 잘 공지되어 있다. 따라서, 상기 막대형상 컨덕터의 성능을 손상시키지 않으면서 장비의 단가를 감소시키기 위해서, 상기 막대형상 컨덕터의 외피 층은 우수한 마이크로파 컨덕터인, 귀금속으로 제조될 수 있는 반면, 코어의 내부에는 비교적 저렴한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 도 14b는 막대형상 컨덕터의 다른 실시예를 보인 단면도로서, 막대형상 컨덕터(402)는 귀금속으로 만들어진 외피 층(406) 및 값싼 전도성 재료로 만들어진 코어 층(404)을 포함한다.

도 14c는 막대형상 컨덕터의 또 다른 실시예를 보인 단면도로서, 막대형상 컨덕터(408)는 원뿔형으로 테이퍼진 팁부(410)를 포함한다. 또한 단면적의 또 다른 변형예들이 이용될 수 있다. 예를 들면, 원뿔형으로 테이퍼진 팁부(410)는 막대형상 컨덕터(408)의 다른 부분보다 더 빠르게 플라즈마에 의해 부식될 수 있고, 따라서 표준 기지(regular basis)로 교체될 필요가 있다.

도 14d는 막대형상 컨덕터의 다른 실시예를 보인 단면도로서, 막대형상 컨덕터(412)는 수명을 연장시키기 위해 뽀족한 팁 대신에 무딘 팁(414)을 구비한다.

도 14e는 막대형상 컨덕터의 다른 실시예를 보인 단면도로서, 막대형상 컨덕터(416)는 쉽고 빠른 교환을 위해서 적절한 고정 기구(422)를 통해 원통형 부분(420)에 고정된 테이퍼부(418)를 구비한다(이 경우에서, 테이퍼부(418)는 나사 단부(422)를 사용하여 원통형 부분(420)에 나사 결합된다).

도 14f 내지 도 14i는 막대형상 컨덕터의 또 다른 실시예를 보인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 막대형상 컨덕터들(421, 424, 428 및 434)은 플라즈마로 인한 부식율을 감소시키기 위해서 무딘 팁들을 구비한 차이점을 제외하고는 그들의 상대물들(352(도 13), 400(도 14a), 402(도 14b) 및 416(도 14e))과 각각 유사하다. 이는 도 14a 내지 도 14i에 개시된 막대형상 컨덕터의 다양한 실시예들이 도 1 및 도 3 내지 도 13에 개시된 노즐의 임의의 실시예들에서 사용될 수 있는 것으로 인식되어져야 할 것이다.

도 15는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이를 형상화하기 위한 일례의 단계들을 보이고 있는 순서도(500)이다. 단계 502에서는, 제1 쌍의 마이크로파가 제1 축을 따라 반대 방향으로 마이크로파 캐비티 내부로 안내된다. 다음, 단계 504에서는, 제2 쌍의 마이크로파가 제2 축을 따라 반대 방향으로 마이크로파 캐비티 내부로 안내되되, 상기 제1 축은 제2 축에 수직으로 이루어져서 제1 및 제2 쌍의 마이크로파가 마이크로파 캐비티 내부에 고정되어 있는 고에너지 영역을 형성하기 위해 간섭한다. 그 다음, 제1 및 제2 쌍의 마이크 로파로부터 선택된 하나 이상의 마이크로파의 위상은 단계 506에서 고에너지 영역을 제어하기 위해 조절된다. 마지막으로, 단계 508에서는, 노즐 어레이가 마이크로파 캐비티에 연결되되, 상기 노즐 어레이의 하나 이상의 노즐 요소들이 대응되는 하나의 고에너지 영역으로부터 마이크로파 에너지를 포집하기 위해 형상지어진다.

비록 본 발명이 특정 실시예를 참고로 하여 기술되었지만, 이는 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이며 변경은 다음의 청구범위에 설명된 것과 같은 발명의 범위 및 범주를 벗어나지 않고 이루어질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.

또한, 많은 변경이 본 발명의 대상물, 범주 및 범위를 위해서 특정 상황, 시스템, 공정, 공정 단계 또는 단계들을 채택하기 위해 이루어질 수 있다. 상기와 같은 모든 변경이 첨부된 청구범위의 범위 내에서 이루어지는 것으로 의도된다.

마이크로파 플라즈마 노즐 어레이를 구비한 다양한 시스템 및 플라즈마 노즐 어레이를 형상화하기 위한 다양한 방법을 제공함에 따라서, 단위 원가가 저렴하고 대기압에서 저렴한 가동 비용으로 작동시킬 수 있고, 전력 소모가 낮으며, 살균을 위한 처리 시간이 짧은 장점을 가질 뿐만 아니라, 비교적 냉각 마이크로파 플라즈마는 종래의 플라즈마 발생 시스템들과는 달리 강화된 작동 효율성으로 대기압에서 작동하는 노즐에 의해 발생되게 하는 것이 가능하다.

Claims

마이크로파들이 마이크로파 캐비티 내에 고정되어 있는 표준 마이크로파 패턴(standing microwave pattern)을 간섭하고 형성하도록 마이크로파들을 반대되는 방향에서 마이크로파 캐비티 내부로 안내하는 단계;

상기 표준 마이크로파 페턴에 의해 발생된 고에너지 영역들을 제어하기 위해서 하나 이상의 마이크로파들의 위상을 조절하는 단계; 및

노즐 어레이의 하나 이상의 노즐 요소들이 대응되는 하나의 고에너지 영역으로부터 마이크로파 에너지를 수용하기 위해 형상지어지도록 상기 마이크로파 캐비티 내에 적어도 부분적으로 노즐 어레이를 배치하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이의 형상화 방법.
제1항에 있어서, 상기 마이크로파를 안내하는 단계는,

마이크로파들을 상기 마이크로파 캐비티로 전송하는 단계; 및

상기 마이크로파 캐비티에 작동가능하게 연결된 슬라이딩 단락 회로를 이용하여 마이크로파들을 반사시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 마이크로파를 안내하는 단계는,

두 개의 마이크로파 전력 헤드에 의해 발생된 마이크로파들을 상기 마이크로파 캐비티로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 축을 따라 반대되는 방향에서 제1 쌍의 마이크로파들을 마이크로파 캐비티 내부로 안내하는 단계;

상기 제1 및 제2 쌍의 마이크로파들이 마이크로파 캐비티 내에 고정되어 있는 고에너지 영역들을 간섭하고 형성하도록 제1 축이 제2 축에 수직으로 이루어지게 하고, 제2 축을 따라 서로 반대되는 방향에서 제2 쌍의 마이크로파들을 마이크로파 캐비티 내부로 안내하는 단계;

상기 고에너지 영역들을 제어하기 위해서 하나 이상의 마이크로파들의 위상을 조절하는 단계; 및

노즐 어레이의 하나 이상의 노즐 요소들이 대응되는 하나의 고에너지 영역으로부터 마이크로파 에너지를 수용하기 위해 형상지어지도록 상기 마이크로파 캐비티 내에 적어도 부분적으로 노즐 어레이를 배치하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이의 형상화 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 쌍의 마이크로파를 안내하는 단계는,

마이크로파들을 상기 마이크로파 캐비티로 전송하는 단계; 및

상기 마이크로파 캐비티에 작동가능하게 연결된 슬라이딩 단락 회로를 이용하여 마이크로파들을 반사시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 쌍의 마이크로파를 안내하는 단계는,

두 개의 마이크로파 전력 헤드에 의해 발생된 마이크로파들을 상기 마이크로파 캐비티로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 마이크로파들을 마이크로파 전력 헤드를 통해 발생하는 단계; 및

상기 마이크로파 전력 헤드에 연결된 전력 분할기를 제공하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 하나 이상의 마이크로파의 위상을 조절하는 단계는 제1 쌍의 마이크로파들의 위상들을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 하나 이상의 마이크로파의 위상을 조절하는 단계는 제2 쌍의 마이크로파들의 위상들을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 하나 이상의 마이크로파의 위상을 조절하는 단계는 제1 쌍 및 제2 쌍 둘 다의 마이크로파들의 위상들을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
마이크로파 캐비티; 및

노즐들의 어레이;를 포함하며,

상기 노즐들 각각은,

가스의 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입구와 방출구를 구비한 가스 유동관; 및

마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티 내에 배치된 포션과 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비하며, 상기 가스 유동관에 축방향으로 배치된 막대형상 컨덕터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 노즐들 각각은, 하나 이상의 통로를 따라 가스를 통과시키기 위해 상기 막대형상 컨덕터 둘레에서 나선형 형상 유동 방향을 분할하기 위한 하나 이상의 통로를 구비하여서, 상기 막대형상 컨덕터와 상기 가스 유동관 사이에 배치된 와류 가이드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제12항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 벽을 포함하며, 상기 마이크로파 캐비티의 상기 벽은 상기 가스 유동관의 유입부에 작동가능하게 연결된 가스 유동 통로의 포션을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치되며, 전도성 재료로 이루어진 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 외표면에 배치되며, 가스 유동 통로를 수용하기 위한 구멍을 구비한 접지 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제15항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 접지 차폐물에 관계하여 상기 막대형상 컨덕터를 확고하게 지지하기 위해 상기 막대형상 컨덕터와 상기 접지 차폐물 사이에 배치된 위치설정 홀더를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 가스 유동관은 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은, 상기 가스 유동관에 인접하게 배치되며, 원통형의 포션과 유사한 형상으로 이루어진 한 쌍의 자석을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치된 양극단자; 및

상기 가스 유동관의 다른 포션에 인접하게 배치된 음극단자;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는,

마이크로파 유입구; 및

상기 마이크로파 유입구를 통해서 전송된 마이크로파들을 반사시키기 위해 형상지어진 슬라이딩 단락 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는, 상기 마이크로파 캐비티의 서로 반대되는 측부에 배치된 두 개의 마이크로파 유입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는,

서로 수직으로 놓여 있으며, 상기 마이크로파 캐비티의 측부들에 배치된 두 개의 마이크로파 유입구; 및

상기 유입구들에 의해 수신된 마이크로파들을 반사시키기 위해 형상지어진 두 개의 슬라이딩 단락 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는,

제1 축을 따라 상기 마이크로파 캐비티의 반대되는 측부에 배치된 제1 쌍의 마이크로파 유입구들; 및

제1 축에 대하여 실질적으로 수직으로 놓인 제2 축을 따라 상기 마이크로파 캐비티의 반대되는 측부에 배치된 제2 쌍의 마이크로파 유입구들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
제11항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 안내된 마이크로파들을 이용하여 복수 개의 고정 고에너지 영역들을 생성시키기 위해 형상지어지고, 상기 막대형상 컨덕터의 포션은 상기 고정 고에너지 영역들에 의해 점유된 공간 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 노즐 어레이 장치.
마이크로파 소스;

상기 마이크로파 소스에 작동가능하게 연결된 한 쌍의 절연체;

한 쌍의 유입구를 구비한 마이크로파 캐비티;

상기 절연체들 중 대응되는 하나와 상기 마이크로파 캐비티의 유입구들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되는 한 쌍의 도파관;

상기 도파관들 중 대응되는 하나와 상기 절연체들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되는 한 쌍의 비회전 위상 변환기; 및

노즐들의 어레이;를 포함하고,

상기 노즐들 각각은,

가스 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입부와 방출부를 구비한 가스 유동관; 및

상기 가스 유동관에 축방향으로 배치되며, 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션 및 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비한 막대형상 컨덕터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 노즐들 각각은, 하나 이상의 통로를 따라 가스를 통과시키기 위해 상기 막대형상 컨덕터 둘레에서 나선형 형상 유동 방향을 분할하기 위한 하나 이상의 통로를 구비하여서, 상기 막대형상 컨덕터와 상기 가스 유동관 사이에 배치된 와류 가이드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제26항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 벽을 포함하며, 상기 마이크로파 캐비티의 상기 벽은 상기 가스 유동관의 유입부에 작동가능하게 연결된 가스 유동 통로의 포션을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치되며, 전도성 재료로 이루어진 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 외표면에 배치되며, 가스가 유동되도록 하기 위한 구멍을 구비한 접지 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제29항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 접지 차폐물에 관계하여 상기 막대형상 컨덕터를 확고하게 지지하기 위해서 상기 막대형상 컨덕터와 상기 접지 차폐물 사이에 배치된 위치설정 홀더를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 가스 유동관은 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은, 상기 가스 유동관에 인접하게 배치 되며, 원통형의 포션과 유사한 형상으로 이루어진 한 쌍의 자석을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치된 양극단자; 및

상기 가스 유동관의 다른 포션에 인접하게 배치된 음극단자;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 안내된 마이크로파들을 이용하여 복수 개의 고정 고에너지 영역들을 생성시키기 위해 형상지어지고, 상기 막대형상 컨덕터의 포션은 상기 고정 고에너지 영역들에 의해 점유된 공간 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 절연체들 각각은,

하나 이상의 도파관에 작동가능하게 연결된 서큘레이터; 및

상기 서큘레이터에 작동가능하게 연결된 더미 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 한 쌍의 튜너를 추가로 포함하고, 상기 튜너들 각각은 상기 도파관 및 마이크로파 캐비티 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 한 쌍의 서큘레이터를 추가로 포함하고, 상기 서큘레이터들 각각은 상기 도파관들 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되며 상기 비회전 위상 변환기들 중 대응되는 하나로 마이크로파를 안내하기 위해 형상지어진 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 한 쌍의 커플러를 추가로 포함하고, 상기 커플러들의 각각은 상기 도파관들 및 마이크로파 플럭스를 측정하기 위한 전력 미터 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 마이크로파 소스는 한 쌍의 마이크로파 전력 헤드를 포함하고, 상기 마이크로파 전력 헤드들 각각은 상기 절연체들 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제25항에 있어서, 상기 마이크로파 소스는,

마이크로파를 발생시키기 위한 마이크로파 전력 헤드; 및

상기 마이크로파를 상기 절연체들로 수신하고, 양분하고 안내하기 위한 전력 분할기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
마이크로파 소스;

상기 마이크로파 소스에 작동가능하게 연결된 절연체;

유입구를 구비한 마이크로파 캐비티;

상기 절연체와 상기 마이크로파 캐비티의 유입구에 작동가능하게 연결되는 도파관;

상기 도파관과 상기 절연체에 작동가능하게 연결되는 비회전 위상 변환기;

상기 도파관에 작동가능하게 연결되고 상기 비회전 위상 변환기로 마이크로파를 안내하기 위해 형상지어진 서큘레이터;

상기 마이크로파 캐비티에 작동가능하게 연결된 슬라이딩 단락 회로; 및

노즐들의 어레이;를 포함하고,

상기 노즐들 각각은,

가스 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입부와 방출부를 구비한 가스 유동관; 및

상기 가스 유동관에 축방향으로 배치되며, 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션 및 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비한 막대형상 컨덕터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 노즐들 각각은, 하나 이상의 통로를 따라 가스를 통과시키기 위해 상기 막대형상 컨덕터 둘레에서 나선형 형상 유동 방향을 분할하기 위한 하나 이상의 통로를 구비하여서, 상기 막대형상 컨덕터와 상기 가스 유동관 사이에 배치된 와류 가이드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제42항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 벽을 포함하며, 상기 마이크로파 캐비티의 상기 벽은 상기 가스 유동관의 유입부에 작동가능하게 연결된 가스 유동 통로의 포션을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치되며, 전도성 재료로 이루어진 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 외표면에 배치되며, 가스가 유동되도록 하기 위한 구멍을 구비한 접지 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제45항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 접지 차폐물에 관계하여 상기 막대형상 컨덕터를 확고하게 지지하기 위해 상기 막대형상 컨덕터와 상기 접지 차폐물 사이에 배치된 위치설정 홀더를 추가 로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 가스 유동관은 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은, 상기 가스 유동관에 인접하게 배치되며, 원통형의 포션과 유사한 형상으로 이루어진 한 쌍의 자석을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치된 양극단자; 및

상기 가스 유동관의 다른 포션에 인접하게 배치된 음극단자;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 안내된 마이크로파들을 이용하여 복수 개의 고정 고에너지 영역들을 생성시키기 위해 형상지어지고, 상기 막대형상 컨덕터의 포션은 상기 고정 고에너지 영역들에 의해 점유된 공간 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 절연체는,

상기 도파관에 작동가능하게 연결된 서큘레이터; 및

상기 서큘레이터에 작동가능하게 연결된 더미 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 도파관 및 마이크로파 캐비티에 작동가능하게 연결되는 튜너를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제41항에 있어서, 상기 도파관 및 마이크로파 플럭스를 측정하기 위한 전력 미터에 작동가능하게 연결되는 커플러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
마이크로파 소스;

상기 마이크로파 소스에 작동가능하게 연결된 한 쌍의 절연체;

한 쌍의 유입구를 구비한 마이크로파 캐비티;

상기 절연체들 중 대응되는 하나와 상기 마이크로파 캐비티의 유입구들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되는 한 쌍의 도파관;

상기 도파관들 중 대응되는 하나와 상기 절연체들 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되는 한 쌍의 비회전 위상 변환기;

상기 마이크로파 캐비티에 각각 작동가능하게 연결된 한 쌍의 슬라이딩 단락 회로; 및

노즐들의 어레이;를 포함하고,

상기 노즐들 각각은,

가스 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입부와 방출부를 구비한 가스 유동관; 및

상기 가스 유동관에 축방향으로 배치되며, 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션 및 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비한 막대형상 컨덕터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 상기 노즐들 각각은, 하나 이상의 통로를 따라 가스를 통과시키기 위해 상기 막대형상 컨덕터 둘레에서 나선형 형상 유동 방향을 분할하기 위한 하나 이상의 통로를 구비하여서, 상기 막대형상 컨덕터와 상기 가스 유동관 사이에 배치된 와류 가이드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제55항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 벽을 포함하며, 상기 마이크로파 캐비티의 상기 벽은 상기 가스 유동관의 유입부에 작동가능하게 연결된 가스 유동 통로의 포션을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치되며, 전도성 재료로 이루어진 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 외표면에 배치되며, 가스가 유동되도록 하기 위한 구멍을 구비한 접지 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제58항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 접지 차폐물에 관계하여 상기 막대형상 컨덕터를 확고하게 지지하기 위해 상기 막대형상 컨덕터와 상기 접지 차폐물 사이에 배치된 위치설정 홀더를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 상기 가스 유동관은 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은, 상기 가스 유동관에 인접하게 배치되며, 원통형의 포션과 유사한 형상으로 이루어진 한 쌍의 자석을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치된 양극단자; 및

상기 가스 유동관의 다른 포션에 인접하게 배치된 음극단자;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 안내된 마이크로파들을 이용하여 복수 개의 고정 고에너지 영역들을 생성시키기 위해 형상지어지고, 상기 막대형상 컨덕터의 포션은 상기 고정 고에너지 영역들에 의해 점유된 공간 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 상기 절연체들 각각은,

하나 이상의 도파관에 작동가능하게 연결된 서큘레이터; 및

상기 서큘레이터에 작동가능하게 연결된 더미 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 한 쌍의 튜너를 추가로 포함하고, 상기 튜너들 각각은 상기 도파관 및 상기 마이크로파 캐비티 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 한 쌍의 커플러를 추가로 포함하고, 상기 커플러들 각각은 상기 도파관들 및 마이크로파 플럭스를 측정하기 위한 전력 미터 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제54항에 있어서, 한 쌍의 서큘레이터를 추가로 포함하고, 상기 서큘레이터들 각각은 상기 도파관들 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되며 상기 비회전 위상 변환기들 중 대응되는 하나로 마이크로파를 안내하기 위해 형상지어진 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
마이크로파 소스;

네 개의 유입구를 구비한 마이크로파 캐비티;

상기 마이크로파 캐비티 및 마이크로파 소스의 유입구들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되는 네 개의 도파관;

상기 도파관들과 상기 마이크로파 소스 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되는 네 개의 비회전 위상 변환기;

상기 도파관들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되며, 하나 이상의 비회전 위상 변환기들로 마이크로파에 의해 발생된 마이크로파를 각각 안내하기 위해 형상지어진 네 개의 서큘레이터; 및

노즐들의 어레이;를 포함하고,

상기 노즐들 각각은,

가스 유동을 안내하기 위해 채택되고 유입부와 방출부를 구비한 가스 유동 관; 및

상기 가스 유동관에 축방향으로 배치되며, 마이크로파를 수신하기 위해 상기 마이크로파 캐비티에 배치된 포션 및 상기 방출부에 인접하게 설치된 팁부를 구비한 막대형상 컨덕터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 노즐들 각각은, 하나 이상의 통로를 따라 가스를 통과시키기 위해 상기 막대형상 컨덕터 둘레에서 나선형 형상 유동 방향을 분할하기 위한 하나 이상의 통로를 구비하여서, 상기 막대형상 컨덕터와 상기 가스 유동관 사이에 배치된 와류 가이드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제69항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 벽을 포함하며, 상기 마이크로파 캐비티의 상기 벽은 상기 가스 유동관의 유입부에 작동가능하게 연결된 가스 유동 통로의 포션을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치되며, 전도성 재료로 이루어진 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관을 관통하는 마이크로파 전력의 손실을 감소시키기 위해서 가스 유동관의 외표면에 배치되며, 가스가 유동되도록 하기 위한 구멍을 구비한 접지 차폐물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제72항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 접지 차폐물에 관계하여 상기 막대형상 컨덕터를 확고하게 지지하기 위해 상기 막대형상 컨덕터와 상기 접지 차폐물 사이에 배치된 위치설정 홀더를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 가스 유동관은 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은, 상기 가스 유동관에 인접하게 배치되며, 원통형의 포션과 유사한 형상으로 이루어진 한 쌍의 자석을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 노즐들의 각각은,

상기 가스 유동관의 포션에 인접하게 배치된 양극단자; 및

상기 가스 유동관의 다른 포션에 인접하게 배치된 음극단자;를 추가로 포함 하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 마이크로파 캐비티는 안내된 마이크로파들을 이용하여 복수 개의 고정 고에너지 영역들을 생성시키기 위해 형상지어지고, 상기 막대형상 컨덕터의 포션은 상기 고정 고에너지 영역들에 의해 점유된 공간 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 마이크로파 소스는,

네 개의 마이크로파 전력 헤드; 및

상기 마이크로파 전력 헤드들 중 대응되는 하나와 상기 도파관들 중 하나 이상에 각각 작동가능하게 연결된 네 개의 절연체;를 포함하며,

상기 절연체들 각각은,

상기 도파관에 작동가능하게 연결된 서큘레이터; 및

상기 서큘레이터에 작동가능하게 연결된 더미 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 마이크로파 소스는,

두 개의 마이크로파 전력 헤드;

상기 마이크로파 전력 헤드들 중 대응되는 하나에 각각 연결된 두 개의 절연체; 및

상기 절연체들 중 대응되는 하나에 각각 작동가능하게 연결되고, 마이크로파를 상기 도파관들 중 대응되는 두 개로 수신하고 양분하고 안내하기 위해 각각 형상지어진 두 개의 전력 분할기;를 포함하며,

상기 절연체들 각각은,

상기 도파관에 작동가능하게 연결된 서큘레이터; 및

상기 서큘레이터에 작동가능하게 연결된 더미 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 상기 마이크로파 소스는,

마이크로파 전력 헤드;

상기 마이크로파 전력 헤드에 작동가능하게 연결된 절연체; 및

상기 절연체에 연결되고, 마이크로파를 상기 도파관들 중 대응되는 하나로 수신하고 분할하고 안내하기 위해 형상지어진 전력 분할기;를 포함하며,

상기 절연체는,

상기 도파관에 작동가능하게 연결된 서큘레이터; 및

상기 서큘레이터에 작동가능하게 연결된 더미 로드;를 포함하는

것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 네 개의 튜너를 추가로 포함하고, 상기 튜너들 각각은 상기 도파관들 및 상기 마이크로파 캐비티 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되 는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.
제68항에 있어서, 네 개의 커플러를 추가로 포함하고, 상기 커플러들 각각은 상기 도파관들 및 마이크로파 플럭스를 측정하기 위한 전력 미터 중 대응되는 하나에 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 플라즈마 시스템.