微波等离子体调研报告分解
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微波等离子体发生器装置的 设计，腔体内电磁场的分布。
微波等离子体的应用
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
微波波导腔体谐振腔四种结构
2020/10/7
加装短路活塞的常规型波 导谐振腔
窄边阶梯型压缩波导谐振 腔
窄边渐变型压缩波导谐振 腔
窄边双向渐变压缩型波导 谐振腔
中科院等离子体物理研究所
2020/10Baidu Nhomakorabea7
中科院等离子体物理研究所
微波热等离子体装置
2020/10/7
微波 等离 子体 优缺 点
微波热等离 子体装置图
微波等离子 体参数
微波 的产 生
中科院等离子体物理研究所
微波热等离子体装置图
耦合天 线
磁控管
环形器
谐振腔 体
水负载
短路活 塞
定向耦 合器
2020/10/7
石英管
模式转 中科院等离换子体器物理研究所
106
>2*104
>100
~104
高频放电
108 -109
100—500 <100
~104
Tg/K ~104 ~7*102 ~4*102 ~7*102
微波放电(冷) 1011 微波放电(热) 1014
2020/10/7
<100
~104 ~6*103
中科院等离子体物理研究所
~103 ~6*103
微波热等离子体优缺点
2020/10/7
J. Jonkers et al. / Spectrochimica Acta Part B 51 (1996) 1385 1392
2020/10/7
装置调试与分析
短路活 塞的位
置
装置调试与分析
喷嘴的 形状
喷嘴的 位置
通气量
中科院等离子体物理研究所
短路活塞的位置不同电场分布
(a)L20=201/103/70mm; (b)L=140mm; (c)L=150mm; (d)L=160mm;
2020/10/7
无电极放电，等离子体纯净而且密度高
对气体放电的谱带很宽，更能增强气体分 子的激发，电离和离解过程
利用磁场来传送等离子体，实现工艺加工 区域与放电区域相分离
大气压微波等离子体无需抽真空，简化设 备，减少投资
工作气压范围广，从几个大气压到10-3
中科院等离子体物理研究所
微波热等离子体两大研究方向
份
研究方 出版物
向
来源
中科院等离子体物理研究所
国家与地区
结论
微波热等离 子体的主 要研究国 家是美国， 中国和韩 国
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
出版年份
结论
06年左右是 微波热等 离子体的 黄金发展 期
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
2020/10/7
研究方向
结论
微波热等离 子体主要 应用方向 是物理学， 化学，光 谱学和材 料科学
• (a)突出
2020/10/7
(b)平齐
中科院等离子体物理研究所
(c)缩进
0.1cm表示喷嘴在谐振腔内部距离谐振腔表面的 距离 0cm 0.2cm 0.4cm喷嘴伸出谐振腔表面的距离
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
窄边双向渐变压缩型波导谐振腔
inner diameters of the needles 0.14 to 0.92 mm
销钉调 配器
微波的产生
• 微波是由特殊装置把直流电或者交流电转
换而来
磁控管
电真空器件(电子管) 多腔速调管
• 微波主要器件分类
行波管
半导体器件
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
微波等离子体参数
微波频率分为 915MHz和2450MHz
微波等离子体放电是自持 放电
一般情况下，微波等离子体是非平 衡的冷等离子体
微波热等离子体炬
报告人： 林启富
2020/10/7
指导老 师：倪 国华
中科院等离子体物理研究所
2020/10/7
报告提纲
微波热等离子 体研究状况
微波热等离子 体实验装置
微波热等离子 体调试与分析
微波热等离子 体应用
中科院等离子体物理研究所
微波热等离子体研究状况
2020/10/7
国家与 出版年
地区
2020/10/7
结论：大概在130.5左右 微波能量达到最大
中科院等离子体物理研究所
可以用ansoft HFSS 对谐振腔 内部电场进行模
拟
由上面两幅图可 知，短路活塞距 离耦合天线中心 轴在L=130mm左 右时电磁场最大
对于波导波长为λ，则 L=3 λ/4
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
中科院等离子体物理研究所
出版物来源
2020/10/7
结论
微波热等离子体论文发表的主要期刊是 SPECTROCHIMICA ACTA PART B ATOMIC SPECTROSCOPY IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE JOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SPECTROMETRY
微波等离子体谐振腔电磁场分布
2020/10/7
TE103模电磁场强度分布
中科院等离子体物理研究所
TE10模电磁场结构图
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
郭硕鸿，电动力学(高等教育出版社)
不同喷嘴结构下电场分布(a)突变型(b)渐变型
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
喷嘴的位置
Ne 5.0–8.0 ( ×1014)cm−3 Tempreture:6000K Plasma radius:10mm
Plasma Sources Sci. Technol. 15(2006) S26–S34
2020/10/7
Power 1.2kW
Injection rate 1.15l/h Density of DMMP 124g/mole
Outer diameters of the needles 0.32 to 1.28 mm
中科院等离子体物理研究所 Appl. Phys. Lett. 92, 071503 (2008)
加装短路活塞的常规型波导谐振腔
inner dimensions 86.1 x 42.9 ram2
gas, temperatures 25 000 K
Gas densities 0.64 ~ 5.1 x 10 20 m -3
谐振腔腔体部分密度可达1014/cm3
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
各种放电等离子体参数范围
等离子体发生 方法
直流弧光放电
Ne/cm3 >104
E/(V/cm) p/(torr) <20 >100
Te/K ~104
直流辉光放电 109—1012 50—10000 <100
~104
电晕放电
微波等离子体的应用
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
微波波导腔体谐振腔四种结构
2020/10/7
加装短路活塞的常规型波 导谐振腔
窄边阶梯型压缩波导谐振 腔
窄边渐变型压缩波导谐振 腔
窄边双向渐变压缩型波导 谐振腔
中科院等离子体物理研究所
2020/10Baidu Nhomakorabea7
中科院等离子体物理研究所
微波热等离子体装置
2020/10/7
微波 等离 子体 优缺 点
微波热等离 子体装置图
微波等离子 体参数
微波 的产 生
中科院等离子体物理研究所
微波热等离子体装置图
耦合天 线
磁控管
环形器
谐振腔 体
水负载
短路活 塞
定向耦 合器
2020/10/7
石英管
模式转 中科院等离换子体器物理研究所
106
>2*104
>100
~104
高频放电
108 -109
100—500 <100
~104
Tg/K ~104 ~7*102 ~4*102 ~7*102
微波放电(冷) 1011 微波放电(热) 1014
2020/10/7
<100
~104 ~6*103
中科院等离子体物理研究所
~103 ~6*103
微波热等离子体优缺点
2020/10/7
J. Jonkers et al. / Spectrochimica Acta Part B 51 (1996) 1385 1392
2020/10/7
装置调试与分析
短路活 塞的位
置
装置调试与分析
喷嘴的 形状
喷嘴的 位置
通气量
中科院等离子体物理研究所
短路活塞的位置不同电场分布
(a)L20=201/103/70mm; (b)L=140mm; (c)L=150mm; (d)L=160mm;
2020/10/7
无电极放电，等离子体纯净而且密度高
对气体放电的谱带很宽，更能增强气体分 子的激发，电离和离解过程
利用磁场来传送等离子体，实现工艺加工 区域与放电区域相分离
大气压微波等离子体无需抽真空，简化设 备，减少投资
工作气压范围广，从几个大气压到10-3
中科院等离子体物理研究所
微波热等离子体两大研究方向
份
研究方 出版物
向
来源
中科院等离子体物理研究所
国家与地区
结论
微波热等离 子体的主 要研究国 家是美国， 中国和韩 国
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
出版年份
结论
06年左右是 微波热等 离子体的 黄金发展 期
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
2020/10/7
研究方向
结论
微波热等离 子体主要 应用方向 是物理学， 化学，光 谱学和材 料科学
• (a)突出
2020/10/7
(b)平齐
中科院等离子体物理研究所
(c)缩进
0.1cm表示喷嘴在谐振腔内部距离谐振腔表面的 距离 0cm 0.2cm 0.4cm喷嘴伸出谐振腔表面的距离
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
窄边双向渐变压缩型波导谐振腔
inner diameters of the needles 0.14 to 0.92 mm
销钉调 配器
微波的产生
• 微波是由特殊装置把直流电或者交流电转
换而来
磁控管
电真空器件(电子管) 多腔速调管
• 微波主要器件分类
行波管
半导体器件
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
微波等离子体参数
微波频率分为 915MHz和2450MHz
微波等离子体放电是自持 放电
一般情况下，微波等离子体是非平 衡的冷等离子体
微波热等离子体炬
报告人： 林启富
2020/10/7
指导老 师：倪 国华
中科院等离子体物理研究所
2020/10/7
报告提纲
微波热等离子 体研究状况
微波热等离子 体实验装置
微波热等离子 体调试与分析
微波热等离子 体应用
中科院等离子体物理研究所
微波热等离子体研究状况
2020/10/7
国家与 出版年
地区
2020/10/7
结论：大概在130.5左右 微波能量达到最大
中科院等离子体物理研究所
可以用ansoft HFSS 对谐振腔 内部电场进行模
拟
由上面两幅图可 知，短路活塞距 离耦合天线中心 轴在L=130mm左 右时电磁场最大
对于波导波长为λ，则 L=3 λ/4
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
中科院等离子体物理研究所
出版物来源
2020/10/7
结论
微波热等离子体论文发表的主要期刊是 SPECTROCHIMICA ACTA PART B ATOMIC SPECTROSCOPY IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE JOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SPECTROMETRY
微波等离子体谐振腔电磁场分布
2020/10/7
TE103模电磁场强度分布
中科院等离子体物理研究所
TE10模电磁场结构图
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
郭硕鸿，电动力学(高等教育出版社)
不同喷嘴结构下电场分布(a)突变型(b)渐变型
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
喷嘴的位置
Ne 5.0–8.0 ( ×1014)cm−3 Tempreture:6000K Plasma radius:10mm
Plasma Sources Sci. Technol. 15(2006) S26–S34
2020/10/7
Power 1.2kW
Injection rate 1.15l/h Density of DMMP 124g/mole
Outer diameters of the needles 0.32 to 1.28 mm
中科院等离子体物理研究所 Appl. Phys. Lett. 92, 071503 (2008)
加装短路活塞的常规型波导谐振腔
inner dimensions 86.1 x 42.9 ram2
gas, temperatures 25 000 K
Gas densities 0.64 ~ 5.1 x 10 20 m -3
谐振腔腔体部分密度可达1014/cm3
2020/10/7
中科院等离子体物理研究所
各种放电等离子体参数范围
等离子体发生 方法
直流弧光放电
Ne/cm3 >104
E/(V/cm) p/(torr) <20 >100
Te/K ~104
直流辉光放电 109—1012 50—10000 <100
~104
电晕放电