RU2187217C1

RU2187217C1 - Gear to generate high-frequency capacitive gaseous discharge

Info

Publication number: RU2187217C1
Application number: RU2001117984/06A
Authority: RU
Inventors: И.Д. Дубинова
Original assignee: Дубинова Ирина Дмитриевна
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: gaseous discharge equipment. SUBSTANCE: gear can be used to generate high-frequency capacitive gaseous discharge for various purposes, for instance, for excitation of active media of gas lasers, for spectroscopy of gases and their mixtures, for plasma etching of microcircuits and so on. Proposed gear presents dielectric gas-filled chamber in which or near which at least two pairs of parallel wire electrodes are positioned. Some of them are connected to HF generator and the rest are grounded. As distinct from prototype all electrodes are positioned in row in one plane. Electrodes connected to HF generator alternate with grounded electrodes, electrodes are connected to HF generator in parallel and electrodes connected to ground are also parallel. EFFECT: potential for generation of high-frequency capacitive discharge of large area with high degree of homogeneity. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано для получения высокочастотного емкостного газового разряда (ВЧЕ-разряда) для различных целей, например возбуждения активных сред газовых лазеров, спектроскопии газов и их смесей, плазменного травления микросхем и др. The invention relates to a gas-discharge technique and can be used to obtain a high-frequency capacitive gas discharge (RFE discharge) for various purposes, for example, excitation of active media of gas lasers, spectroscopy of gases and their mixtures, plasma etching of microcircuits, etc.

Известны устройства для получения ВЧЕ-разряда, представляющие собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещена пара металлических электродов, один из которых подключен к высокочастотному генератору (ВЧ-генератору), а другой заземлен, - см. рис. 1.1 на с. 8 [1]. Эти устройства выбраны за аналоги. There are known devices for producing an RFE discharge, which are a gas-filled dielectric chamber, near or inside of which there is a pair of metal electrodes, one of which is connected to a high-frequency generator (RF generator) and the other is grounded, see fig. 1.1 on p. 8 [1]. These devices are selected as analogues.

Недостатком данных устройств является неоднородность горения разряда в объеме камеры, проявляющаяся в неоднородности распределения электронной концентрации и распределения интенсивности свечения, связанной с особыми формами ВЧЕ-разряда в таких условиях (так называемые α- или γ-формы ВЧЕ-разряда - см. с.46 [1]). The disadvantage of these devices is the inhomogeneity of the discharge burning in the chamber volume, which manifests itself in the inhomogeneity of the distribution of electron concentration and the distribution of the glow intensity associated with special forms of RFE discharge under such conditions (the so-called α- or γ-forms of RFE discharge - see p. 46 [1]).

Наиболее близким по технической сущности является устройство для получения ВЧЕ-разряда, представляющее собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи которой размещены две пары расположенных по окружности параллельных проволочных электродов, причем два из них (в любой последовательности) подключены к ВЧ-генератору, а два других заземлены - см. рис. 5.10 на с. 271 [l]. Это устройство выбрано за прототип. The closest in technical essence is the device for receiving RFID-discharge, which is a dielectric gas-filled chamber, near which are placed two pairs of parallel circumferential wire electrodes located around the circumference, two of them (in any order) connected to the RF generator, and the other two are grounded - see fig. 5.10 on p. 271 [l]. This device is selected as a prototype.

Если к ВЧ-генератору подключить два смежных проволочных электрода, то в камере установятся α- или γ-формы ВЧЕ-разряда, еще более неоднородные в поперечном сечении устройства, чем в двухэлектродных схемах аналогов. Если же к ВЧ-генератору подключить два диаметрально противоположных электрода, то в центре окружности образуется особая точка с нулевым значением электрического поля порядка -1 по классификации, представленной на с. 17 [2]. При зажигании ВЧЕ-разряда вблизи этой точки понижены концентрация электронов и интенсивность свечения в разряде, что также приводит к неоднородности горения разряда, а поперечная структура разряда имеет вид восьмерки типа той, которая показана на рис. 8 [3]. If two adjacent wire electrodes are connected to the RF generator, then α- or γ-forms of RF discharge will be installed in the chamber, which are even more inhomogeneous in the cross section of the device than in two-electrode analogue circuits. If two diametrically opposite electrodes are connected to the RF generator, then a singular point is formed in the center of the circle with a zero value of the electric field of the order of -1 according to the classification presented on p. 17 [2]. When an RFID discharge is ignited near this point, the electron concentration and luminous intensity in the discharge are lowered, which also leads to inhomogeneous combustion of the discharge, and the transverse structure of the discharge has the form of a figure eight like that shown in Fig. 8 [3].

Задачей изобретения является обеспечение пространственной однородности горения ВЧЕ-разряда, что является полезным, например, для более качественной генерации в лазере с накачкой таким разрядом. The objective of the invention is to ensure spatial uniformity of combustion of the RF discharge, which is useful, for example, for better generation in a laser pumped by such a discharge.

Техническим результатом при использовании изобретения является возможность получения ВЧЕ-разряда большой площади с высокой степенью однородности. The technical result when using the invention is the ability to obtain RFE discharge of a large area with a high degree of homogeneity.

Этот результат достижим за счет того, что в устройстве для получения ВЧЕ-разряда, представляющем собой диэлектрическую газонаполненную камеру, вблизи или внутри которой размещены по меньшей мере две пары параллельных проволочных электродов, некоторые из которых подключены к ВЧ-генератору, а оставшиеся заземлены, в отличие от прототипа все электроды находятся в одной плоскости в ряд, причем подключенные к ВЧ-генератору электроды чередуются через один с заземленными электродами, а подключение электродов к ВЧ-генератору осуществлено параллельным способом, и подключение оставшихся электродов к заземлению также осуществлено параллельным способом. This result is achievable due to the fact that in the device for receiving the RF discharge, which is a dielectric gas-filled chamber, at least two pairs of parallel wire electrodes are placed near or inside, some of which are connected to the RF generator, and the remaining ones are grounded, in unlike the prototype, all the electrodes are in the same plane in a row, with the electrodes connected to the RF generator alternating through one with the grounded electrodes, and the pair of electrodes connected to the RF generator in the llell way, and the connection of the remaining electrodes to ground is also done in parallel.

Достижение результата основано на том, что предлагаемая конфигурация электродов при синфазном подключении к ВЧ-генератору и к заземлению не создает в пространстве точек с нулевым значением поля, а синфазность электродов обеспечивается параллельным подключением. При этом плазма разряда представляет собой по форме лист, однородный вдоль своей поверхности. Achieving the result is based on the fact that the proposed configuration of the electrodes when in-phase connected to an RF generator and to ground does not create points with a zero field value in space, and the common-mode electrodes are provided by parallel connection. In this case, the discharge plasma is a sheet in shape that is uniform along its surface.

Пример конструкции устройства для получения ВЧЕ-разряда показан на чертеже, на котором обозначено: 1 - заземление; 2 - ВЧ-генератор; 3 - плазма; 4 - диэлектрическая газонаполненная камера; 5 - группа электродов, подключенная к ВЧ-генератору; 6 - группа заземленных электродов. An example of the design of the device for receiving the RF discharge is shown in the drawing, which shows: 1 - grounding; 2 - RF generator; 3 - plasma; 4 - dielectric gas-filled chamber; 5 - group of electrodes connected to an RF generator; 6 - a group of grounded electrodes.

Заземление 1 выполняется стандартным способом. ВЧ-генератор 2 имеет частоту 13,56 МГц и выходную мощность 1 кВт. Диэлектрическая газонаполненная камера 4 имеет размеры 200х200х400 мм, выполнена из кварцевого стекла толщиной 8 мм, имеет средства герметизации и накачки газом или смесью газов необходимого давления (например, гелий при давлении 1 Top). Grounding 1 is carried out in a standard way. The RF generator 2 has a frequency of 13.56 MHz and an output power of 1 kW. The dielectric gas-filled chamber 4 has dimensions 200x200x400 mm, made of quartz glass with a thickness of 8 mm, has the means of sealing and pumping with gas or a mixture of gases of the required pressure (for example, helium at a pressure of 1 Top).

Проволочные электроды 5, 6 числом 15 пар выполнены из нержавеющей стали и имеют диаметр 2 мм и длину 180 мм. Расстояние между соседними электродами 5 мм. Подключение электродов выполнено в соответствии с формулой изобретения, а именно: подключенные к ВЧ-генератору 2 электроды 5 чередуются через один с заземленными электродами 6, а подключение электродов 5 к ВЧ-генератору 2 осуществлено параллельным способом и подключение оставшихся электродов 6 к заземлению 1 также осуществлено параллельным способом. Для исключения взаимной связи подводящих шнуров от заземления 1 и ВЧ-генератора 2 электроды 5 и электроды 6 вводятся в камеру 3 с противоположных стенок. The wire electrodes 5, 6 with the number of 15 pairs are made of stainless steel and have a diameter of 2 mm and a length of 180 mm. The distance between adjacent electrodes is 5 mm. The electrodes are connected in accordance with the claims, namely: the electrodes 5 connected to the RF generator 2 alternate through one with the grounded electrodes 6, and the electrodes 5 are connected to the RF generator 2 in a parallel way and the remaining electrodes 6 are also connected to ground 1 parallel way. To exclude the mutual connection of the supply cords from grounding 1 and the RF generator 2, the electrodes 5 and the electrodes 6 are introduced into the chamber 3 from opposite walls.

Работает устройство следующим образом. Сначала закачивают в камеру 3 газ или смесь газов необходимого давления. После включения ВЧ-генератора 2 в камере зажигается ВЧЕ-разряд и формируется плазменный лист толщиной несколько сантиметров и площадью 180х180 мм и концентрацией электронов в нем ~10⁸ см^-3. Разряд имеет равномерные на указанной площади концентрацию электронов и интенсивность свечения. Таким образом, технический результат достигается за счет тех признаков, что указаны в формуле изобретения.The device operates as follows. First, gas or a mixture of gases of the required pressure is pumped into the chamber 3. After turning on the RF generator 2, an RF discharge is ignited in the chamber and a plasma sheet is formed with a thickness of several centimeters and an area of 180x180 mm and an electron concentration in it of ~ 10 ⁸ cm ^-3 . The discharge has an electron concentration uniform in the indicated area and the luminous intensity. Thus, the technical result is achieved due to those signs that are indicated in the claims.

Источники информации
1. Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н., Яценко Н.А. Высокочастотный емкостной разряд: физика, техника эксперимента, приложения. М.: Изд-во МФТИ, 1995.Sources of information
1. Reiser Yu.P., Schneider M.N., Yatsenko N.A. High-frequency capacitive discharge: physics, experimental technique, applications. M .: MIPT Publishing House, 1995.

2. Сочнев А.Я. Расчет напряженности поля прямым методом. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 2. Sochnev A.Ya. Calculation of field strength by the direct method. L .: Energoatomizdat, 1984.

3. Донко 3. , Рожа К., Шалаи Л. Высоковольтный разряд с полым катодом: применение в лазерной технике и моделирование движения электронов // Физика плазмы, 1998, т. 24, 7, с. 636-648. 3. Donko 3., Rozha K., Shalai L. High-voltage hollow cathode discharge: application in laser technology and simulation of electron motion // Plasma Physics, 1998, v. 24, 7, p. 636-648.

Claims

A device for producing a high-frequency capacitive gas discharge, which is a dielectric gas-filled chamber, at least two pairs of parallel wire electrodes are placed near or inside, some of which are connected to the RF generator, and the remaining ones are grounded, characterized in that all the electrodes are in one planes in a row, and the electrodes connected to the RF generator alternate through one with the grounded electrodes, and the electrodes are connected to the RF generator in parallel method, and connecting the remaining electrodes to ground is also carried out in a parallel way.