KR20230164129A - 넓은 압력 범위에서 플라즈마를 생성하기 위한 장치 및 방법, 이러한 장치를 이용한 광학 가스 분석/검출을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
넓은 압력 범위에서 플라즈마를 생성하기 위한 장치 및 방법, 이러한 장치를 이용한 광학 가스 분석/검출을 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230164129A KR20230164129A KR1020237037240A KR20237037240A KR20230164129A KR 20230164129 A KR20230164129 A KR 20230164129A KR 1020237037240 A KR1020237037240 A KR 1020237037240A KR 20237037240 A KR20237037240 A KR 20237037240A KR 20230164129 A KR20230164129 A KR 20230164129A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- plasma
- discharge chamber
- plasma source
- source
- optical
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 109
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 59
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 59
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 59
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 claims description 175
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 63
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- AETVBWZVKDOWHH-UHFFFAOYSA-N 2-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]-3-(1-ethylazetidin-3-yl)oxypyrazol-1-yl]-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C=1C(=NN(C=1)CC(=O)N1CC2=C(CC1)NN=N2)OC1CN(C1)CC AETVBWZVKDOWHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004451 qualitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
- H01J37/32981—Gas analysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32917—Plasma diagnostics
- H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
- H01J37/32972—Spectral analysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32018—Glow discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
- H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
- H01J37/32816—Pressure
- H01J37/32825—Working under atmospheric pressure or higher
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
- H01J37/3447—Collimators, shutters, apertures
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/0006—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature
- H05H1/0012—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry
- H05H1/0037—Investigating plasma, e.g. measuring the degree of ionisation or the electron temperature using electromagnetic or particle radiation, e.g. interferometry by spectrometry
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
본 발명은 넓은 압력 범위에서 플라즈마를 발생시키는 장치에 관한 것이다.장치는 저압 범위에서 제1 플라즈마를 생성하기 위해 제1 방전 챔버(2) 내의 제1 플라즈마 소스(1)를 포함하고, 고압 범위에서 제2 플라즈마를 생성하기 위해 제2 방전 챔버(4) 내에 제2 플라즈마 소스(3)를 포함하고, 가스를 시스템 외부로 안내하기 위해 장치를 시스템에 결합하기 위한 제1 결합 요소(5)와 장치를 광학 센서(12)에 결합하기 위한 제2 결합 요소(6)를 포함한다. 제1 방전 챔버(2)는 제2 결합 요소(6)에 대해 적어도 하나의 광학 렌즈(7, 8)를 갖는 제1 광학 연결부를 갖고, 제2 방전 챔버(4)는 제2 결합 요소(6)에 대해 적어도 하나의 광학 렌즈(8)를 갖는 제2 광학 연결부를 갖는다. 본 발명은 또한 광학 가스 분석 또는 가스 검출을 위한 시스템과 플라즈마 생성 및 시스템 작동을 위한 대응 방법에 관한 것이다.
Description
관련 출원
본 출원과 병행하여 "진공 피드스루, 전극 조립체 및 무소음 플라즈마 방전 생성 장치"라는 제목의 스위스 특허 출원이 본 특허 출원과 동일한 출원인에 의해 동일자에 출원되었다. 상기 출원의 내용은 상기 참고문헌을 기초로 하여 본 특허 출원에 포함된다.
발명의 기술 분야
본 발명은 플라즈마 생성 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 광학 가스 분석 및/또는 가스 검출을 위한 시스템, 예를 들어, 이러한 장치를 사용하여 가스 조성을 결정하거나 특정 가스를 검출하기 위한 측정 장치 및 시스템을 작동하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 플라즈마 생성, 플라즈마 광을 생성하기 위한 분자 및 이온의 이온화 및 여기(excitation), 나아가 생성된 플라즈마의 가스 조성에 관한 정보의 측정 및 평가 기술 분야에 속한다.
광학 방출 분광법(OES)은 기체 샘플의 정량적 및 정성적 분석에 자주 사용된다. 이 방법은 여기된 원자가 화학 원소의 전자기 복사 특성을 방출하여 샘플 구성에 대한 정보를 제공한다는 사실에 기초한다. 원자의 여기는 예를 들어, 샘플을 플라즈마 상태로 변환함으로써 달성된다. 광학 방출 분광법을 수행하기 위한 알려진 장치들은 각각 규정된 압력 범위에 걸쳐 플라즈마 생성이 오래 지속되고 안정적인 방식으로 작동하는 특정 플라즈마 소스를 사용한다. 그러나 많은 응용 분야에는 가스 구성이 중요한 역할을 하므로 측정, 제어 또는 모니터링해야 하는 매우 넓은 압력 범위가 포함된다. 따라서 많은 수의 플라즈마 생성 장비가 필요하며 이는 전자, 소프트웨어, 공간, 에너지 및 비용 측면에서 많은 노력을 필요로 한다. 따라서 넓은 압력 범위에 걸쳐 가스를 분석하는 시스템에는 분광계와 같은 다수의 측정 장비들과 다수의 플랜지 포트들(flange ports)이 필요하다. 따라서, 공간 요구 사항이 최소화되고 전자 제품, 소프트웨어, 에너지 및 비용이 최소화되며, 예를 들어, 10-8Torr(고진공)에서 1500Torr(>정상 압력)까지 넓은 압력 범위에서 플라즈마 및 이의 방출광을 안정적으로 생성할 수 있는 장비를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적 중 하나는 가능한 최대의 공간 절약 방식으로 가스를 분석 및/또는 검출하려는 플랜트(또는 시스템)에 연결될 수 있고, 알려진 플라즈마 생성 장치에 비해 덜 복잡하고 비용이 더 많이 절약되는, 넓은 압력 범위(또는 그 이상)의 플라즈마 생성 장치를 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1항에 따른 장치에 의해 해결된다.
본 발명의 추가 목적은 플라즈마 생성을 위한 이러한 유리한 장치를 각각 포함하는 광학 가스 분석 또는 가스 검출용 시스템을 개시하는 것이다. 이 목적은 청구항 16항에 따른 시스템에 의해 해결된다.
또한, 본 발명의 목적은 넓은 압력 범위에서(또는 그 이상) 플라즈마 생성을 위한 대응하는 방법을 제안하는 것이다. 이러한 방법은 청구항 17항에 명시되어 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이에 대응하는 광학적 가스 분석 또는 가스 검출 방법을 제안하는 것이다. 이러한 방법은 청구항 20항에 개시된다.
발명의 요약
본 발명에 따른 특정 실시예 변형들이 종속항에 제공된다.
넓은 압력 범위에서 플라즈마를 생성하기 위한 본 발명에 따른 장치는
- 제1 플라즈마 소스로서, 상기 제1 플라즈마 소스는 제1 방전 챔버에 배열되고 저압 범위에서 제1 플라즈마를 생성하도록 구성되며, 저압 범위는 특히 고진공까지, 즉 예를 들어, 10-8 Torr까지 확장되는, 제1 플라즈마 소스;
- 제2 플라즈마 소스로서, 상기 제2 플라즈마 소스는 제2 방전 챔버에 배열되고 고압 범위에서 제2 플라즈마를 생성하도록 구성되며, 고압 범위는 특히 정상 압력 이상, 즉 예를 들어, 1500 Torr까지 확장되는, 제2 플라즈마 소스;
- 장치를 시스템(특히 가스 소스)에 결합하기 위한, 특히 플랜지를 갖는 제1 결합 요소(a first coupling element)로서, 결합 요소는 가스를 시스템 밖으로 유도하도록 설계된, 제1 결합 요소;
- 광학 가스 분석 또는 가스 감지(또는 가스 압력 측정)을 위해, 포토다이오드(photodiode) 또는 분광계(spectrometer)와 같은 광학 센서에 장치를 결합하기 위한 제2 결합 요소를 포함하되,
제1 방전 챔버는 제2 결합 요소에 대한 적어도 하나의 광학 렌즈를 갖는 제1 광학 연결부를 갖고, 제2 방전 챔버는 제2 결합 요소에 대한 적어도 하나의 광학 렌즈를 갖는 제2 광학 연결부를 갖는다(여기서, 광학 렌즈는 제1 및 제2 광학 연결부들의 공통 광학 렌즈일 수 있다).
따라서 본 발명에 따른 장치는 적어도 2개의 서로 다른 형태의 방전을 생성할 수 있다는 점, 즉 이 (단일) 장치에 (함께) 통합된 2개 이상의 플라즈마 소스를 갖는 것을 특징으로 한다. 추가로, 장치에는 분석할 가스가 있는 시스템에 연결할 수 있는 (연결) 플랜지가 하나만 있고, 또한 전체 압력 범위 예를 들어, 10-8 Torr 내지 1500 Torr에서 광학 가스 분석을 수행하기 위해 분광계와 같은 (단일) 광학 센서에 대한 하나의 결합(coupling)만 있다.
(2개) 플라즈마 소스의 (2개) 방전 챔버는 평행하게 또는 일렬로(직렬로, 하나가 다른 것 뒤에) 배열될 수 있고, 분석 또는 검출할 가스는 개별 방전 챔버에 병렬로 공급되거나 한 방전 챔버에서 다음 방전 챔버로 전달될 수 있다.
서로 유체적으로(fluidically) 연결되거나 기밀 방식으로 분리되는 플라즈마 소스를 구비한 서로 평행하거나/옆에, 그리고 열(rows)/직렬(series)로 배열된 방전 챔버의 조합을 갖는 것도 고려할 수 있다.
각각의 플라즈마에 의해 방출된 빛은 광학 연결을 통해 각각의 방전 챔버에서 제2 결합 요소(광학 센서 앞)로 안내된다. 이러한 맥락에서, 각각의 광학 연결은 광학 렌즈를 가지며, 예를 들어, 두 개의 광학 연결은 공통 광학 렌즈를 가질 수도 있다.
하나 이상의 광학 렌즈 이외에, 광학 연결부는 또한 예를 들어, 섬유, 튜브 또는 막대와 같은 적합한 도광체(들)를 포함할 수 있다.
장치의 일 실시예에 의한 일 변형에서, 저압 범위와 고압 범위는 함께, 적어도 10 데케이드(decades), 특히 12 데케이드(예를 들어, Torr)의 압력 범위에 걸쳐 확장된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 저압 범위와 고압 범위는 특히 1 데케이드의 압력 범위, 예를 들어, 0.35 Torr 내지 3.5 Torr에 걸쳐 중첩된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제1 및 제2 플라즈마 소스는 서로 다른 플라즈마 소스이고, 예를 들어, 글로우 방전 소스(냉캐소드 소스), 무소음 방전 소스(유전체 장벽 방전, DBD), 무선 주파수 플라즈마 소스(RF 플라즈마 소스), 마이크로파 플라즈마 소스(-> 정상/대기압 플라즈마 소스) 및 유도 결합 플라즈마 소스(ICP 소스)로 구성된 그룹으로부터 각각 하나씩이다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제1 방전 챔버는 제2 방전 챔버에 유체적으로 결합된다(특히, 두 개의 방전 챔버 모두에서 동일하거나 거의 동일한 압력이 우세하다).
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제1 방전 챔버는 기밀 방식으로 제2 방전 챔버로부터 분리된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 가스는 제1 결합 요소로부터 제1 방전 챔버 내로 공급될 수 있고, 제1 방전 챔버로부터 제2 방전 챔버 내로 공급될 수 있다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제1 결합 요소로부터의 가스는 제1 방전 챔버 및 제2 방전 챔버에 별도로 공급될 수 있다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제1 광학 연결부의 일부인 광학 렌즈는 제1 방전 챔버와 제2 방전 챔버 사이에 배열된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제2 결합 요소는 제1 및/또는 제2 광학 연결부의 일부인 광학 렌즈를 포함한다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제2 광학 연결부는 제1 광학 연결부의 일부이고, 즉, 두 개의 광학 연결이 부분적으로 또는 섹션별(in sections)로 중첩된다.
추가 실시예에 의한 일 변형에서, 장치는 압력 센서를 더 포함한다.
예를 들어, 압력 센서는 다음 중 하나일 수 있다:
- 피라니(Pirani)에 따른 열전도 진공 측정기(약 10-3 Torr ~ 1 Torr의 측정 범위용);
- 페닝(Penning)에 따른 냉캐소드가 있는 이온화 진공 게이지(약 10-7 Torr ~ 10-3 Torr의 측정 범위용);
- 베이어드-알퍼트(Bayard-Alpert) 열캐소드가 있는 이온화 진공 게이지(약 10-12Torr ~ 10-3Torr의 측정 범위용);
- 커패시턴스 다이어프램 (진공) 게이지(CDG, 약 10-5Torr ~ 10-3Torr의 측정 범위용).
예를 들어, 10-8Torr에서 1500Torr까지의 넓은 압력 범위를 포괄하기 위해 장치에는 다수의 압력 센서들이 있을 수도 있다.
추가 실시예에 의한 일 변형에서, 압력 센서(들)에 의해 결정된 압력(또는 압력들)의 함수로서, 장치는 제1 및/또는 제2 플라즈마 소스를 제어하도록, 특히 제1 및/또는 제2 플라즈마 소스를 켜거나 끄도록 설계된 제어기(controller)를 더 포함한다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제1 방전 챔버와 제2 방전 챔버는 원통형으로 설계되고 동축(공통 실린더 축)으로 하나가 다른 것 뒤에(직렬로) 배열되며, 제1 결합 요소는 제1 방전 챔버 상에 배열되고, 제2 결합 요소는 제2 방전 챔버 상에 배열되며, 제1 플라즈마 소스는 특히 글로우 방전 소스(냉캐소드 소스)이고, 제2 플라즈마 소스는 특히 무소음 방전 소스(유전체 장벽 방전용)이다.
장치의 추가 실시예에서, 제1 플라즈마 소스의 애노드는 제2 결합 요소 내의 광학 렌즈를 통한 피드스루에서, 특히 제1 방전 챔버와 제2 방전 챔버 사이에 배열된 광학 렌즈를 통한 피드스루에서(예를 들어, 진공 밀봉 방식으로), 진공 밀봉 방식으로 글레이징되며(glazed), 및 두 개의 피드스루는 특히 두 개의 광학 렌즈의 중앙에 배열되고, 애노드는 제2 방전 챔버를 통해 제1 방전 챔버로 동축으로(두 방전 챔버의 공통 실린더 축에서) 연장된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제2 플라즈마 소스는 고전압 전극과 접지 전극을 갖고, 고전압 전극은 제2 방전 챔버의 내벽의 적어도 일부를 형성하는 유전체에 매립되고, 접지 전극은 제2 방전 챔버 내에서 그리고 내벽을 따라 1mm 미만의 거리에서, 특히 고전압 전극으로부터 0.05mm에서 0.5mm 사이, 특히 세라믹 등의 중공 실린더에서, 고전압 전극과 동심원적으로 배열되고, 간극이 내벽과 접지 전극 사이에 위치하며, 예를 들어, ±1 ~ ±10 kV 범위의 전압과 1 ~ 10 kHz 범위의 주파수를 사용하여, 고전압 전극과 접지 전극 사이에 교류 전압이 인가되면 간극에 플라즈마(즉, 제2 플라즈마)를 갖는 방전 영역이 형성된다. 예를 들어, 전압 곡선은 AC 전압의 한 주기(one period)에 걸쳐 -5kV에서 +5kV로 변경되었다가 다시 되돌아갈 수 있는데, 즉, 10kVpp(피크 대 피크)의 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어, 전압 곡선은 정현파 곡선(sinusoidal curve)에 해당할 수 있다. 구형파(square-wave) 전압도 가능하다. 접지 전위에 대해 전압을 양에서 음으로 변경하는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 제로(GND)와 양의 전압 사이 또는 제로(GND)와 음의 전압 사이를 변화시키는 것보다 훨씬 더 안정적인 플라즈마가 얻어진다. 예를 들어, 고전압 전극과 접지 전극은 둘 다 얇은 벽의 중공 원통형으로 형성될 수 있다. 이러한 2개의 전극은 분할될 수도 있는데, 예를 들어, 원통형 표면에서 서로 옆에 놓인 전도성 스트립(conductive strips)으로 구성된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 고전압 전극은 제1 플라즈마 소스의 작동을 위해 접지에 연결 가능(예를 들어, 전환 가능/제어 가능)하고, 제2 플라즈마 소스의 작동을 위해 고전압 교류 소스에 연결 가능(예를 들어, 전환 가능/제어 가능)하고, 및/또는 애노드는 제1 플라즈마 소스의 작동을 위해 고전압 직류 소스(예를 들어, 3.3kV DC 전압)에 연결 가능(예를 들어, 전환 가능/제어 가능)하고, 제2 플라즈마 소스의 작동을 위해 접지에 연결 가능(예를 들어, 전환 가능/제어 가능)하다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 방전 챔버가 캐소드 역할을 하는 제1 방전 챔버 내의 애노드(특히)의 동축 배열, 및 (제2 방전 챔버의 내벽에 있는) 고전압 전극 및 접지 전극의 방사형 배열은, 제1 방전 챔버의 실린더 축 상에 형성되는 제1 플라즈마 소스에 의해 생성된 제1 플라즈마를 초래하고, 특히 제2 결합 요소를 향해 축방향으로 전파(propagating)하는 제1 플라즈마에 의해 방출된 제1 광을 초래하고, 제2 플라즈마 소스에 의해 생성된 제2 플라즈마는 제2 방전 챔버의 내벽에 형성되고, 제2 플라즈마에 의해 방출된 제2 광은 특히 제2 결합 요소를 향해 제2 방전 챔버의 원통 축에 대해 비스듬하게(obliquely) 전파되어, 제1 광과 제2 광은 서로 다른 방향에서 제2 결합 요소의 광학 렌즈에 부딪친다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 애노드는 몰리브덴(molybdenum)으로 제조된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 제1 방전 챔버는 티타늄으로 제조된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 고전압 전극은 백금으로 제조된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 유전체는 사파이어(Al2O3)로 제조된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 접지 전극은 몰리브덴으로 제조된다.
장치의 추가 실시예에 의한 일 변형에서, 광학 렌즈 또는 렌즈들은 사파이어(Al2O3)로 제조된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 광학 가스 분석 또는 가스 감지(또는 가스 압력 측정)용 시스템은 다음을 포함한다:
- 상술한 변형 실시예들 중 하나에 따른 플라즈마 생성용 장치;
- 가스 소스로서, 플라즈마 생성용 장치는 제1 결합 요소, 특히 플랜지를 사용하여 가스 소스에 결합되는, 가스 소스;
- 광학 가스 분석 또는 가스 감지(또는 가스 압력 측정)를 위한 포토다이오드 또는 분광계와 같은 광학 센서로서, 플라즈마 발생 장치는 제2 결합 요소에 의해 광학 센서에 결합되는, 광학 센서.
본 발명의 다른 양상은 상술된 변형 실시예 중 하나에 따른 플라즈마 발생 장치에 의해 넓은 압력 범위에서 플라즈마를 발생시키는 방법에 관한 것으로, 방법은 다음 단계들을 포함한다:
- 시스템으로부터 가스를 제1 결합 요소를 통해 제1 플라즈마 소스를 갖는 제1 방전 챔버 및/또는 제2 플라즈마 소스를 갖는 제2 방전 챔버로 공급하는 단계;
- 제1 방전 챔버의 저압 범위에서 제1 플라즈마 소스에 의해 제1 플라즈마를 생성하는 단계로서, 저압 범위는 특히 고진공, 즉 10-8Torr까지 확장되고, 및/또는 제2 방전 챔버 내 고압 범위에서 제2 플라즈마 소스에 의해 제2 플라즈마를 생성하는 단계로서, 고압 범위는 특히 정상 압력 이상, 즉 1500 Torr까지 확장되는, 단계;
- 적어도 하나의 광학 렌즈를 갖는 제1 광학 연결부를 통해 제1 방전 챔버로부터의 제1 플라즈마로부터 방출되는 광 및/또는 적어도 하나의 광학 렌즈를 갖는 제2 광학 연결부를 통해 제2 방전 챔버로부터의 제2 플라즈마로부터 방출된 광을 포토다이오드 또는 분광기와 같은 광학 센서에 장치를 결합하기 위해 제2 결합 요소로 안내하는 단계;
- 제2 결합 요소에 의해, 제1 및/또는 제2 플라즈마로부터 방출된 광의 적어도 일부를 결합시키는 단계.
방법의 일 실시예에 의한 변형에서, 제2 플라즈마 소스는 고전압 전극과 접지 전극을 갖는 무소음 방전 소스이고, 고전압 전극과 접지 전극 사이에 교류 전압을 인가하여 제2 플라즈마를 생성하는데, 예를 들어, ±1 내지 ±10 kV 범위의 전압과 1 내지 10 kHz 범위의 주파수를 갖는다.
방법의 추가 실시예에 의한 변형에서, 제1 및/또는 제2 플라즈마 소스는 압력 센서의 도움으로 결정된 압력의 함수로서 제어되며, 특히 제1 및/또는 제2 플라즈마 소스는 스위치 온(switched on) 또는 스위치 오프(switched off)된다.
방법의 추가 실시예에 의한 변형에서, 저압 영역과 고압 영역이 중첩되는 압력 범위, 예를 들어, 0.35Torr 내지 3.5Torr의 압력 범위에서, 제1 플라즈마 소스와 제2 플라즈마 소스는 제1 플라즈마와 제2 플라즈마를 동시에 생성한다.
본 발명의 추가 양상에 따르면, 광학 가스 분석 또는 가스 검출(또는 가스 압력 측정) 방법은 상술된 플라즈마 생성 방법의 변형 실시예들 중 하나에 따른 단계를 수행하는 단계를 포함하고, 다음 단계들을 더 포함한다:
- 분리된 빛을 포토다이오드나 분광계와 같은 광학 센서로 향하게 하는 단계;
- 분리된 광, 특히 분리된 광의 강도 및/또는 스펙트럼 분포에 기초하여, 가스 또는 가스 성분들을 결정하는 단계 또는 특정 가스 또는 가스의 특정 성분들을 검출하는 단계(또는 가스의 압력을 결정하는 단계).
이제, 저압 영역과 고압 영역이 중첩되는 압력 범위, 예를 들어, 0.35Torr ~ 3.5Torr의 압력 범위에서 제1 플라즈마 소스와 제2 플라즈마 소스는 제1 플라즈마와 제2 플라즈마를 동시에 생성하게 되고, 이는 두 플라즈마에서 나오는 빛의 강도가 더 높기 때문에(예를 들어, 두 배) 광학 가스 분석이나 가스 감지의 감도가 증가하도록 한다. 이는 예를 들어, 미량 가스 감지에 유용할 수 있다.
두 개의 플라즈마에 의한 가스의 분류가 다르기 때문에, 제1 및 제2 플라즈마 소스에 의한 이러한 동시 플라즈마 생성은 또한 미량 가스의 부분 분율(부분 압력/농도)을 식별하거나 결정하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 제1(또는 제2) 플라즈마의 광 분석 결과를 이용하여 제2(또는 제1) 플라즈마의 광 분석 결과를 수정하거나, 하나를 다른 하나의 보정용으로 사용할 수도 있다.
상술한 실시예들에 의한 변형들의 조합이 가능하며, 이는 결국 본 발명의 보다 구체적인 실시예들의 변형으로 이어진다는 점에 유의해야 한다.
본 발명의 비제한적인 예시적인 실시예들 도면을 참조하여 이하 더 상세하게 설명된다:
도 1은 넓은 압력 범위에서 플라즈마 생성을 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 넓은 압력 범위에서 플라즈마 생성을 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예의 종단면을 사이즈 세부사항으로 도시한 도면이다.
도 3은 인입된(drawn-in) 플라즈마 영역을 갖는 도 2에 따른 예시적인 실시예의 종단면의 대안적인 도면을 도시한다.
도 4는 장치의 변형을 도시한 도면이다.
도 5는 장치의 다른 변형을 도시한 도면이다.
도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 넓은 압력 범위에서 플라즈마 생성을 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 넓은 압력 범위에서 플라즈마 생성을 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예의 종단면을 사이즈 세부사항으로 도시한 도면이다.
도 3은 인입된(drawn-in) 플라즈마 영역을 갖는 도 2에 따른 예시적인 실시예의 종단면의 대안적인 도면을 도시한다.
도 4는 장치의 변형을 도시한 도면이다.
도 5는 장치의 다른 변형을 도시한 도면이다.
도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 넓은 압력 범위에서 플라즈마 생성을 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 장치는 제1 방전 챔버(2)에 배열된 제1 플라즈마 소스(1), 예를 들어, 글로우 방전 소스(GD, 냉캐소드 소스) 및 제2 방전 챔버(4)에 배열된 제2 플라즈마 소스(3), 예를 들어, 무소음 방전 소스(DBD 소스)를 포함하고, 2개의 방전 챔버(2, 4)는 서로 인접하여 서로 뒤에(직렬로) 배열된다. 또한, 장치는 가스가 존재하는 시스템(미도시)에 장치를 결합하기 위한 예를 들어, 플랜지를 갖는 제1 결합 요소(5)를 포함한다. 가스는 결합 요소(5)를 통해 시스템 외부에서 제1 방전 챔버(2)로 공급된다. 가스는 제1 방전 챔버(2)로부터 제2 방전 챔버(4)로 흐를 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 2개의 방전 챔버(2, 4) 사이에 각각 직경이 1mm 이상인 여러 개의(예를 들어, 6 내지 12개) 통기 구멍들이 있다. 또한, 장치는 광학 가스 분석 또는 가스 감지(또는 가스 압력 측정)를 위해 포토다이오드 또는 분광계와 같은 광학 센서에 장치를 연결하기 위한 제2 결합 요소(6)를 포함한다. 제1 플라즈마 소스(1)는 저압 범위, 예를 들어, 10-8 Torr 내지 약 3.5 Torr에서 플라즈마를 생성하는 데 적합하고, 제2 플라즈마 소스(2)는 고압 범위, 예를 들어, 약 0.35Torr에서 1500Torr에서 플라즈마를 생성하는 데 적합하다. 가스의 압력에 따라, 제1(저압 -> 고진공) 또는 제2(대기압) 플라즈마 소스(1, 3)는 가스를 점화시켜 가스의 유형 또는 조성에 따라 서로 다른 광을 방출하는 제1 또는 제2 플라즈마(14, 15)를 생성할 것이다. 2개의 플라즈마 소스(1, 3)의 압력 중첩 범위, 예를 들어, 0.35Torr 내지 3.5Torr에서, 두 개의 플라즈마 소스(1, 3)는 동시에 활성화될 수 있고 따라서 제1 플라즈마(14, 15)뿐만 아니라 제2 플라즈마(14, 15)도 동시에 생성할 수 있다. 두 개의 플라즈마 소스(1, 3)의 이러한 병렬 작동은 두 방전의 전력이 낮기 때문에 특히 가능하다. 제1 방전 챔버(2)의 제1 플라즈마(14)에서 방출된 광은 두 개의 방전 챔버(2, 4) 사이에 위치하는 광학 렌즈(7)를 통해 안내된다. 그런 다음 광은 제2 방전 챔버(4)를 통해 안내되고, 제2 결합 요소(6)에 위치한 제2 광학 렌즈(8)를 통해 광학 센서(12)로 전달되며, 이를 통해 광학 가스 분석 또는 가스 감지(또는 가스 압력 측정)가 수행될 수 있다. 광학 센서(12)는 두 개의 광학 렌즈(7, 8)를 통해 전송될 수 있는 파장 범위에 민감하다. 광학 센서(12)는 단순한 방사선 센서, 예를 들어, 포토다이오드와 같은 광학 센서일 수 있지만, 예를 들어, 분광계와 같은 보다 복잡한 광학 센서일 수도 있다. 제1 플라즈마 소스(1)의 애노드(9)는 제2 결합 요소(6)로부터 제2 결합 요소(6) 내의 제2 광학 렌즈(8)를 통해 제2 방전 챔버(4)를 거쳐 두 방전 챔버(2, 4) 사이의 제1 광학 렌즈(7)를 통해 제1 방전 챔버(2) 내로 안내된다. 특히, 애노드(9)는 제2 결합 요소(6)의 광학 렌즈(8)를 통한 피드스루(feedthrough)에서 진공 밀폐 방식으로 글레이징된다. 애노드(9)는 또한 2개의 방전 챔버(2, 4) 사이의 광학 렌즈(7)를 통한 피드스루로 글레이징될 수 있다. 광학 렌즈(7)를 통한 피드스루는 진공 밀봉되도록 설계될 수도 있지만, 이것이 반드시 필요한 것은 아니다. 두 개의 피드스루는 특히 2개의 광학 렌즈(7, 8)의 중앙에 배열되어, 애노드(9)가 제2 방전 챔버(4)를 통해 제1 방전 챔버(2) 내로 동축으로 연장된다. 제1 플라즈마 소스(1)의 캐소드는 애노드(9)로부터 이격된 제1 방전 챔버(2)의 가장자리에 위치된다. 이 경우 제1 방전 챔버(2)의 내벽은 캐소드를 형성할 수 있다. 예를 들어, 캐소드는 티타늄으로 제조된다. 가스의 글로우 방전(glow discharge)을 발생시키기 위해, 예를 들어, 3.3kV의 높은 DC 전압(HV DC)이 애노드(9)와 캐소드 사이에 인가된다. 이 고전압은 캐소드 물질에서 애노드(9)를 향해 전자를 가속시킨다. (영구) 자석(13)을 통해 외부 자기장을 적용함으로써, 전자는 원형 또는 나선형 경로를 따라 이동하게 된다. 이는 가스의 원자/분자와 충돌할 확률을 증가시킨다. 이러한 충돌은 원자/분자의 여기 또는 이온화로 이어진다. 이온은 캐소드쪽으로 이동하여 이온 전류를 생성한다. 광자는 한편으로는 여기된 원자, 분자, 이온의 릴랙세이션(relaxation)에 의해 생성되고 다른 한편으로는 이들 이온의 재결합에 의해 생성된다. 방출된 광자는 전체 공간으로 방사되어 무엇보다도 두 방전 챔버(2, 4) 사이의 제1 광학 렌즈(7)에 충돌한다. 여기서 들어오는 광자는 굴절되어 제2 결합 요소(6)의 제2 광학 렌즈(8)로 향하게 된다. 광학 렌즈(7, 8)는 하나 이상의 재료, 예를 들어, 사파이어로 제조될 수 있을 뿐만 아니라 구면 수차 또는 색수차에 대응하는 비구면 형상을 가질 수도 있다. 광학 파장 범위에는 100 nm 내지 1 mm 파장의 전자기 방사선, 즉 특히 가시광선, 자외선 방사선 및 적외선 방사선의 범위가 포함된다. 제2 플라즈마 소스(3), 즉 무소음 플라즈마 방전을 발생시키는 장치에 관한 상세한 내용은 본 특허 출원과 동일한 출원인이 "무소음 플라즈마 방전 생성을 위한 진공 피드스루, 전극 조립체 및 장치"이라는 발명의 명칭으로 본 특허 출원과 같은 날 출원한 스위스 특허 출원에서 확인할 수 있다. 제2 플라즈마 소스(3)는 고전압 전극(10)과 접지 전극(11)을 갖고, 고전압 전극(10)은 제2 방전실(4) 내벽의 적어도 일부를 형성하는 유전체에 매립된다. 접지 전극(11)은 제2 방전 챔버(4)의 내벽, 특히 예를 들어, 세라믹으로 제조된 중공 실린더 상에 고전압 전극(10)과 동심원적으로 배열된다. 접지 전극(11)은 고전압 전극(10)으로부터 1mm 이내의 거리에 위치하고, 내벽과 접지 전극(11) 사이에는 간극이 위치하며, 고전압 전극(10)과 접지 전극(11) 사이에 높은 교류 전압(HV AC)이 인가되면 (제2) 플라즈마(15)에 의한 방전 영역이 형성된다. 발명자들은 이러한 격차의 확장으로 인해, 유전체 장벽 방전(DBD)은 ±1 ~ ±10 kV 범위의 높은 AC 전압과 약 0.35 Torr ~ 1500 Torr의 넓은 압력 범위에 걸쳐 1 ~ 10 kHz 범위의 주파수로 안정적으로 생성될 수 있다는 것을 인식하였다. 도 2에 넓은 압력 범위에서 플라즈마를 생성하기 위한 본 발명에 따른 장치의 예시적인 실시예의 종단면이 사이즈 세부사항과 함께 도시된다. 이 실시예에 의한 변형에서, 제1 방전 챔버(2)와 제2 방전 챔버(4)는 원통형 설계로 되어 있고 서로 동축으로 배열되어 있다(소위 "직렬 연결"). 도 1에서와 같이, 제1 커플링 요소(5)는 제1 방전 챔버(2)의 우측에 배열되고, 제2 커플링 요소(6)는 제2 방전 챔버(4)의 좌측에 배열된다. 이 실시예에서 장치의 전체 길이는 약 60mm에 불과하고 전체 직경은 약 25mm에 불과하다. 이것이 보여주는 바와 같이, 본 발명은 매우 컴팩트한 디자인을 가능하게 하여 결과적으로 많은 공간을 절약한다.
도 3은 도 2에 따른 예시적인 실시예를 통한 종단면의 대안적인 도면을 도시한다. 도 3은 또한 2개의 방전 챔버(2, 4) 내의 플라즈마(14, 15)를 도시하고 2개의 광학 연결부(L1, L2)를 개략적으로 나타낸다. 플라즈마(14, 15)가 생성되는 영역은 점선으로 윤곽이 도시된다.
도 4는 도 1에 도시된 실시예에 대체로 대응하는 실시예의 종단면도를 도시한다. 또한, 이러한 변형은 제2 플라즈마 소스의 고전압 전극(10) 외부에서 방사상으로 안내되고, 진공 측으로부터 외부까지 절연되는 적어도 하나의 추가 전극(16)을 갖는다. 이 추가 전극은 예를 들어, 융합된 유리 링과 절연 재료의 원통 사이를 통해 안내된다. 예를 들어, 절연 재료로 된 원통형은 전극의 연속적인 접촉 표면을 형성하기 위해 양쪽에서 융합된 유리 링 너머로 돌출될 수 있다. 이러한 추가 전극이 복수개 가능하며, 전극은 예를 들어, 장치의 종축에 평행한 종방향을 갖는 스트립형(strip-shaped) 디자인일 수 있다. 복수의 이러한 추가 전극들은 방위각 방향으로 분포되고 서로 절연되어 배열될 수 있으므로, 이들 중 대부분은 이 종단면도에서 보이지 않을 수 있거나 보이지 않는다. 하나 이상의 이러한 전극은 진공 측에 추가 센서의 연결을 허용하거나 지금까지 논의된 제1 및 제2 플라즈마 소스의 애노드와 캐소드를 연결하는 대안적인 방법을 허용한다.
도 5는 도 4의 실시예와 비교하여 제1 플라즈마 소스의 애노드에 대한 대안적인 연결부(17)를 도시한다. 외부로부터 플라즈마 측으로의 피드스루는 추가 전극(16)에 대해 도 4와 관련하여 논의된 바와 같이 설계되고, 장치의 종축에 대해 도시된 경우에 종 단면(longitudinal section)에서 보이는 추가 전극(16)과 180° 반대편에 있다. 구멍을 통해 대체 연결부(17)가 제1 방전 챔버(2)로 유도되어 중앙 애노드 핀과 접촉한다. 이는 도 4에 따른 변형예에서 제2 방전 챔버(4)를 통해 중앙으로 이어지는 전기적 연결과 제1 광학 렌즈(7) 및 제2 광학 렌즈(8)를 통한 관련 피드스루가 생략될 수 있다는 것을 의미한다. 이는 제1 또는 제2 플라즈마로부터의 전자기 복사의 더 많은 부분이 외부에 도달하는 효과를 갖는다. 예를 들어, 전극은 절연층으로 전체 길이를 덮을 수 있다.
이는 전자/이온 광학에서 하전 입자들에 영향을 줄 수 있는 바람직하지 않은 개방 전위를 피할 수 있다는 장점이 있다. 이를 위해, 예를 들어, 전극들 위에 놓인 유리 링이 축 방향으로 더 연장될 수 있거나 개별 전도성 트랙들이 각각의 전도성 트랙 위에 오버랩되는 얇은 유리 층으로 구현될 수 있다.
본 발명의 이점은 다수의 플라즈마 소스를 단일 장치에 함께 통합하는 것을 포함하며, 장치는 또한 분석될 가스를 도입하기 위한 단일 연결부 및 장치를 광학 센서에 결합하기 위한 단일 연결부만을 갖는다. 본 발명에 따른 장치를 사용하면 고진공(10-8Torr)부터 정상 압력(>대기압, 예를 들어, 1500Torr)까지 약 12 데케이드(Torr 단위)가 넘는 압력 범위에 걸쳐 안정적인 플라즈마가 생성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 장치 내부 압력 측정에 의해 압력 범위에 따라 각각의 최적 플라즈마 소스를 선택하고 제어하는 것도 제공된다.
참조 부호 리스트
1 제1 플라즈마 소스
2 제1 방전 챔버
3 제2 플라즈마 소스
4 제2 방전 챔버
5 제1 결합 요소
6 제2 결합 요소
7 제1 광학 렌즈(두 개의 방전 챔버 사이)
8 제2 광학 렌즈(제2 결합 요소 내)
9 제1 플라즈마 소스의 애노드
10 제2 플라즈마 소스의 고전압 전극
11 제2 플라즈마 소스의 질량 전극
12 광학 센서(예: 포토다이오드 또는 분광계)
13 (영구)자석
14 제1 플라즈마
15 제2 플라즈마
16 추가 전극
17 제1 플라즈마 소스의 애노드에 대한 대체 연결부
L1 제1 광 연결
L2 제2 광 연결
1 제1 플라즈마 소스
2 제1 방전 챔버
3 제2 플라즈마 소스
4 제2 방전 챔버
5 제1 결합 요소
6 제2 결합 요소
7 제1 광학 렌즈(두 개의 방전 챔버 사이)
8 제2 광학 렌즈(제2 결합 요소 내)
9 제1 플라즈마 소스의 애노드
10 제2 플라즈마 소스의 고전압 전극
11 제2 플라즈마 소스의 질량 전극
12 광학 센서(예: 포토다이오드 또는 분광계)
13 (영구)자석
14 제1 플라즈마
15 제2 플라즈마
16 추가 전극
17 제1 플라즈마 소스의 애노드에 대한 대체 연결부
L1 제1 광 연결
L2 제2 광 연결
Claims (20)
- - 제1 플라즈마 소스(1)로서, 상기 제1 플라즈마 소스(1)는 제1 방전 챔버(2)에 배열되고 저압 범위에서 제1 플라즈마(14)를 생성하도록 구성되며, 저압 범위는 특히 고진공까지, 즉 예를 들어, 10-8 Torr까지 확장되는, 제1 플라즈마 소스(1);
- 제2 플라즈마 소스(3)로서, 상기 제2 플라즈마 소스(3)는 제2 방전 챔버(4)에 배열되고 고압 범위에서 제2 플라즈마(15)를 생성하도록 구성되며, 고압 범위는 특히 정상 압력 이상, 즉 예를 들어, 1500 Torr까지 확장되는, 제2 플라즈마 소스(3);
- 장치를 시스템(특히 가스 소스)에 결합하기 위한, 특히 플랜지를 갖는 제1 결합 요소(a first coupling element)(5)로서, 제1 결합 요소(5)는 가스를 시스템 밖으로 유도하도록 설계된, 제1 결합 요소(5);
- 광학 가스 분석 또는 가스 감지를 위해, 포토다이오드(photodiode) 또는 분광계(spectrometer)와 같은 광학 센서에 장치를 결합하기 위한 제2 결합 요소(6)를 포함하는, 넓은 압력 범위에서 플라즈마를 생성하기 위한 장치로서,
제1 방전 챔버(2)는 제2 결합 요소(6)에 대한 적어도 하나의 광학 렌즈(7, 8)를 갖는 제1 광학 연결부(L1)를 갖고, 제2 방전 챔버(4)는 제2 결합 요소(6)에 대한 적어도 하나의 광학 렌즈(8)를 갖는 제2 광학 연결부(L2)를 갖는, 장치.
- 제1항에 있어서, 저압 범위와 고압 범위는 함께, 적어도 10 데케이드(decades), 특히 12 데케이드의 압력 범위에 걸쳐 확장되는, 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 저압 범위와 고압 범위는 특히 1 데케이드의 압력 범위, 예를 들어, 0.35 Torr 내지 3.5 Torr에 걸쳐 중첩되는, 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 플라즈마 소스(1, 3)는 서로 다른 플라즈마 소스이고, 예를 들어, 글로우 방전 소스, 무소음 방전 소스, 무선 주파수 플라즈마 소스(radio frequency plasma source), 마이크로파 플라즈마 소스(microwave plasma source) 및 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source)로 구성된 그룹으로부터 각각 하나씩인, 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 방전 챔버(2)는 제2 방전 챔버(4)에 유체적으로 결합되는, 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가스는 제1 결합 요소(5)로부터 제1 방전 챔버(2) 내로 공급될 수 있고, 제1 방전 챔버(2)로부터 제2 방전 챔버(4) 내로 공급될 수 있는, 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 광학 연결부(L1)의 일부인 광학 렌즈(7)는 제1 방전 챔버(2)와 제2 방전 챔버(4) 사이에 배열되는, 장치.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 결합 요소(6)는 제1 및/또는 제2 광학 연결부(L1, L2)의 일부인 광학 렌즈(8)를 포함하는, 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 광학 연결부(L2)는 제1 광학 연결부(L1)의 일부인, 장치.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 압력 센서를 더 포함하는, 장치.
- 제10항에 있어서, 장치는 압력 센서에 의해 결정된 압력의 함수로서, 제1 및/또는 제2 플라즈마 소스(1, 3)를 제어하도록, 특히 제1 및/또는 제2 플라즈마 소스(1, 3)를 켜거나 끄도록 설계된 제어기(controller)를 더 포함하는, 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 방전 챔버(2)와 제2 방전 챔버(4)는 원통형으로 설계되고 동축으로 하나가 다른 것 뒤에 배열되며, 제1 결합 요소(5)는 제1 방전 챔버(2) 상에 배열되고, 제2 결합 요소(6)는 제2 방전 챔버(4) 상에 배열되며, 제1 플라즈마 소스(1)는 특히 글로우 방전 소스(냉캐소드 소스)이고, 제2 플라즈마 소스(3)는 특히 무소음 방전 소스인, 장치.
- 제12항에 있어서, 제1 플라즈마 소스(1)의 애노드(9)는 제2 결합 요소(6) 내의 광학 렌즈(8)를 통한 피드스루(feedthrough)에서, 특히 제1 방전 챔버(2)와 제2 방전 챔버(4) 사이에 배열된 광학 렌즈(7)를 통한 피드스루에서, 진공 밀봉 방식으로 글레이징되며(glazed), 및 두 개의 피드스루는 특히 두 개의 광학 렌즈(7, 8)의 중앙에 배열되고, 애노드(9)는 제2 방전 챔버(4)를 통해 제1 방전 챔버(2)로 동축으로 연장되는, 장치.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 제2 플라즈마 소스(3)는 고전압 전극(10)과 접지 전극(11)을 갖고, 고전압 전극(10)은 제2 방전 챔버(4)의 내벽의 적어도 일부를 형성하는 유전체에 매립되고, 접지 전극(11)은 제2 방전 챔버(4) 내에서 그리고 내벽을 따라 1mm 미만의 거리에서, 특히 고전압 전극(10)으로부터 0.05mm에서 0.5mm 사이, 특히 예를 들어, 세라믹과 같은 중공 실린더에서, 고전압 전극(10)과 동심원적으로 배열되고, 간극(gap)이 내벽과 접지 전극(11) 사이에 위치하며, 예를 들어, ±1 ~ ±10 kV 범위의 전압과 1 ~ 10 kHz 범위의 주파수를 사용하여, 고전압 전극(10)과 접지 전극(11) 사이에 교류 전압이 인가되면, 간극에 플라즈마를 갖는 방전 영역이 형성되는, 장치.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 고전압 전극(10)은 제1 플라즈마 소스(1)의 작동을 위해 접지(GND)에 연결 가능하고, 제2 플라즈마 소스(3)의 작동을 위해 고전압 교류 소스에 연결 가능하고, 및/또는 애노드(9)는 제1 플라즈마 소스(1)의 작동을 위해 고전압 직류 소스 연결 가능하고, 제2 플라즈마 소스(3)의 작동을 위해 접지(GND)에 연결 가능한, 장치.
- - 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 생성용 장치;
- 가스 소스로서, 플라즈마 생성용 장치는 제1 결합 요소, 특히 플랜지에 의해 가스 소스에 결합되는, 가스 소스;
- 광학 가스 분석 또는 가스 감지를 위한 포토다이오드 또는 분광계와 같은 광학 센서로서, 플라즈마 발생 장치는 제2 결합 요소에 의해 광학 센서에 결합되는, 광학 센서를 포함하는, 광학 가스 분석 또는 가스 감지용 시스템.
- - 시스템으로부터 가스를 제1 결합 요소(5)를 통해 제1 플라즈마 소스(1)를 갖는 제1 방전 챔버(2) 및/또는 제2 플라즈마 소스(3)를 갖는 제2 방전 챔버(4)로 공급하는 단계;
- 제1 방전 챔버(2) 내의 저압 범위에서 제1 플라즈마 소스(1)에 의해 제1 플라즈마(14)를 생성하는 단계로서, 저압 범위는 특히 고진공, 즉 예를 들어, 10-8Torr까지 확장되고, 및/또는 제2 방전 챔버(4) 내의 고압 범위에서 제2 플라즈마 소스(3)에 의해 제2 플라즈마(15)를 생성하는 단계로서, 고압 범위는 특히 정상 압력 이상, 즉 예를 들어, 1500 Torr까지 확장되는, 단계;
- 적어도 하나의 광학 렌즈(7, 8)를 갖는 제1 광학 연결부(L1)를 통해 제1 방전 챔버(2)로부터의 제1 플라즈마(14)로부터 방출되는 광 및/또는 적어도 하나의 광학 렌즈(8)를 갖는 제2 광학 연결부(L2)를 통해 제2 방전 챔버(4)로부터의 제2 플라즈마(15)로부터 방출된 광을 포토다이오드 또는 분광기와 같은 광학 센서에 장치를 결합하기 위해 제2 결합 요소(6)로 안내하는 단계;
- 제2 결합 요소(6)에 의해, 제1 및/또는 제2 플라즈마(14, 15)로부터 방출된 광의 적어도 일부를 결합시키는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 장치에 의해 넓은 압력 범위에서 플라즈마를 발생시키는 방법.
- 제17항에 있어서, 제1 및/또는 제2 플라즈마 소스(1, 3)는 압력 센서의 도움으로 결정된 압력의 함수로서 제어되며, 특히 제1 및/또는 제2 플라즈마 소스(1, 3)는 스위치 온(switched on) 또는 스위치 오프(switched off)되는, 방법.
- 제18항에 있어서, 저압 영역과 고압 영역이 중첩되는 압력 범위, 예를 들어, 0.35Torr ~ 3.5Torr의 압력 범위에서 제1 플라즈마 소스 및 제2 플라즈마 소스(1, 3)는 제1 플라즈마와 제2 플라즈마(1, 3)를 동시에 생성하는, 방법.
- 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 단계들을 수행하는 단계를 포함하고,
- 분리된 빛을 포토다이오드나 분광계와 같은 광학 센서로 향하게 하는 단계;
- 분리된 광, 특히 분리된 광의 강도 및/또는 스펙트럼 분포에 기초하여, 가스 또는 가스 성분들을 결정하는 단계 또는 특정 가스 또는 가스의 특정 성분들을 검출하는 단계 또는 가스의 압력을 결정하는 단계를 더 포함하는, 광학 가스 분석 또는 가스 검출 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH00342/21 | 2021-03-31 | ||
| CH3422021 | 2021-03-31 | ||
| PCT/EP2022/057384 WO2022207396A1 (de) | 2021-03-31 | 2022-03-21 | Vorrichtung und verfahren zur plasmaerzeugung in einem grossen druckbereich sowie system und verfahren zur optischen gasanalyse/-detektion mittels einer solchen vorrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230164129A true KR20230164129A (ko) | 2023-12-01 |
Family
ID=81324980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020237037240A KR20230164129A (ko) | 2021-03-31 | 2022-03-21 | 넓은 압력 범위에서 플라즈마를 생성하기 위한 장치 및 방법, 이러한 장치를 이용한 광학 가스 분석/검출을 위한 시스템 및 방법 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240177979A1 (ko) |
| EP (1) | EP4315388A1 (ko) |
| JP (1) | JP2024513387A (ko) |
| KR (1) | KR20230164129A (ko) |
| CN (1) | CN117256038A (ko) |
| TW (1) | TW202303677A (ko) |
| WO (1) | WO2022207396A1 (ko) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100224322A1 (en) * | 2009-03-03 | 2010-09-09 | Applied Materials, Inc. | Endpoint detection for a reactor chamber using a remote plasma chamber |
| EP3702760A4 (en) * | 2017-10-24 | 2021-10-13 | Marunaka Co., Ltd. | GAS ANALYZER |
| CN114364960A (zh) * | 2019-09-20 | 2022-04-15 | 英福康有限公司 | 真空密封的电气馈通装置 |
-
2022
- 2022-03-21 WO PCT/EP2022/057384 patent/WO2022207396A1/de active Application Filing
- 2022-03-21 JP JP2023560430A patent/JP2024513387A/ja active Pending
- 2022-03-21 EP EP22716930.7A patent/EP4315388A1/de active Pending
- 2022-03-21 KR KR1020237037240A patent/KR20230164129A/ko unknown
- 2022-03-21 US US18/285,042 patent/US20240177979A1/en active Pending
- 2022-03-21 CN CN202280026026.6A patent/CN117256038A/zh active Pending
- 2022-03-29 TW TW111111894A patent/TW202303677A/zh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024513387A (ja) | 2024-03-25 |
| CN117256038A (zh) | 2023-12-19 |
| EP4315388A1 (de) | 2024-02-07 |
| TW202303677A (zh) | 2023-01-16 |
| US20240177979A1 (en) | 2024-05-30 |
| WO2022207396A1 (de) | 2022-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5315248B2 (ja) | ガス分析用に正および／または負にイオン化したガス検体を生成するための方法及び装置 | |
| TWI588867B (zh) | 離子化裝置及包含離子化裝置的質譜儀 | |
| US8803084B2 (en) | Mass spectrometer and mass spectrometry | |
| US8462335B2 (en) | System for analyzing a low-pressure gas by optical emission spectroscopy | |
| KR20080111444A (ko) | 가스 분석장치 | |
| US5969349A (en) | Ion mobility spectrometer | |
| TW202004174A (zh) | 具有反磁控管源的氣體分析 | |
| US9029797B2 (en) | Plasma-based photon source, ion source, and related systems and methods | |
| US11976992B2 (en) | Vacuum-tight electrical feedthrough | |
| JP5044835B2 (ja) | 質量分析計 | |
| KR20230164129A (ko) | 넓은 압력 범위에서 플라즈마를 생성하기 위한 장치 및 방법, 이러한 장치를 이용한 광학 가스 분석/검출을 위한 시스템 및 방법 | |
| KR102473925B1 (ko) | 가스 분석기 | |
| US20220334016A1 (en) | Method for detecting pressure, and pressure sensor | |
| US20240196508A1 (en) | Vacuum feedthrough, electrode assembly, and device for generating a silent plasma discharge | |
| KR20230163542A (ko) | 진공 피드스루, 전극 조립체 및 무소음 플라즈마 방전을 발생시키는 장치 | |
| JPH0634473A (ja) | 気体の圧力測定装置 | |
| JPH11326218A (ja) | グロー放電発光分光分析装置 |