微波等离子体

摘要： 相比于直流、交流和射频等离子体,微波等离子体具有无需电极、电子密度大、电子温度高和能量效率高等优势,广泛应用于材料表面改性、污水处理、废气处理、污染物降解等众多领域。传统的零维和一维等离子体射流都不能用于处理大面积,而能处理大面积的等离子体射流装置体积又较大。因此,本文设计了一种基于带状线,用于处理大面积的小型八通道等离子体射流装置,利用电磁理论、DRUDE模型和有限元算法计算了所设计器件的尺寸,并搭建了一个实验系统,在入射微波功率为95 W时,仅检测到9 W的反射功率,与仿真结果吻合较好。

摘要： 针对传统微波等离子体装置存在着功率小、处理效率低、激发场强不够高、在一定程度上制约了微波等离子体的工业应用的问题,本文提出了一种三端口椭圆聚焦型大功率微波等离子体炬装置的设计方法,根据椭圆的光学结构,并基于有限元分析法电磁仿真优化了椭圆腔体。仿真与实验结果表明该装置能量聚焦区域的电场能量通过外激发能激发出等离子体,可用于处理固体废弃物,其对于以后的大功率多端口微波等离子体装置的设计也有一定的指导意义。

摘要： 微波放电产生的等离子体具有高效率、高电离度、易于控制等优点,在工业界引起了广泛关注。本文提出了基于BJ58矩形终端压缩波导的结构来设计一款工作频率为5.8 GHz的微波等离子体激发装置,并利用有限元法对该装置进行了仿真优化,实验表明所设计的装置只需30W微波功率即可激发8 L/min的氩气产生线形等离子体,验证了该微波等离子体源的可行性。

摘要： 针对现有微波等离子体射流装置微波功率低、射流长度短和能量利用率低等问题,本文设计了一种圆脊压缩结构(可增强波导内电场强度)的等离子体射流装置,两个矩形波导分别经转换器连接圆脊波导,以双端口方式馈入微波能量,激发出大功率、高长度的等离子射流,可应用于工业处理危险固废等。使用COMSOL软件建立了圆脊模型,仿真结果表明,双端口微波能量反射较低,电场强度可达到1.54×10^(5) V/m,经实验测量,能量利用率可达到88%,于圆脊波导的石英管内产生稳定等离子体射流,高度可达400 mm。

摘要： 目的为了优化单晶金刚石大批量生长的等离子体环境,研究高功率微波等离子体环境对单晶金刚石外延生长层的影响。方法利用实验室自主研发的915 MHz–MPCVD装置,在20~35 kW高功率微波馈入的条件下,具体研究了高功率等离子体环境中甲烷浓度、微波功率及基片温度对单晶金刚石外延生长层的影响。利用光学显微镜、激光拉曼光谱及光致发光光谱对所生长的单晶金刚石进行形貌质量表征,利用等离子体发射光谱对高功率微波等离子体环境进行诊断。结果在馈入25 kW的微波功率时,将甲烷的体积分数从6%下降至3%,可以使单晶金刚石更易于出现层状生长结构;保持甲烷体积分数为3%,将微波功率从25 kW提高到35 kW,可以进一步优化单晶金刚石生长的层状结构,提高单晶金刚石的生长质量和生长速率;保持微波功率为35 kW,当甲烷体积分数为3%时,将基片温度从800°C提高到1210°C可以明显提高单晶金刚石的生长速率,但会易于引入非金刚石相;保持甲烷体积分数为3%,将微波功率提高到35 kW,可以在等离子体中激发更多有利于金刚石快速生长的含碳活性基团;当微波功率为35 kW、甲烷体积分数为3%、基片温度为950°C时,单晶金刚石的生长速率可达25.6μm/h,且单晶金刚石的质量及颜色较好。结论在高功率等离子体环境中,即使在相对较低的甲烷浓度下,通过大幅度提高微波功率也可以有效活化含碳基团,在等离子体中产生有利于单晶金刚石高质量高速生长的活性基团;基片温度对单晶金刚石中的非金刚石相及颜色具有显著影响,在微波功率为35 kW、甲烷体积分数为3%的情况下,将基片温度控制在950°C附近,可以有效抑制非金刚石相的生成。

摘要： 根据在微波能量传输中可利用微波诱导等离子体进行微波整流的技术思路,制作了一款实验室用低压稳定等离子体激发装置。在2.45GHz的微波作用下,该装置可以将充气压强2666Pa的氖气激发形成等离子体,将电极置入等离子体后,可以检测到直流电压信号。研究了直流电压信号与微波激发功率、负载电阻值的关系,计算了其最大整流效率为0.05%。

摘要： 本文建立了中压情况下耦合麦克斯韦方程的自洽二维流体等离子体模型,添加了有关分子离子的一系列动力学反应方程,展示了在中压条件下的激发过程中电子密度、温度、电场模值、趋肤深度等参数的变化 .分析了分子离子空间分布的主要原因 .另外与常压微波等离子体对比发现中压微波等离子体气体温度较低,对石英管的损害较小,能够适用于各种废气的处理、纳米颗粒的合成以及薄膜的制备,易于实现大规模化,具有很好的应用前景 .

摘要： 鞘层特性直接影响微波等离子体应用于工业等领域的质量,针对研究其时变的空间分布和电场分布具有一定难度的问题,运用有限元的方法建立了中等气压下耦合麦克斯韦方程的微波氩等离子体三维模型,对鞘层的时空特性进行分析,给出了其二维等效模型.基于对等离子体参数的分析,讨论了鞘层的形成过程及其厚度的变化趋势,对比分析了等离子体电场及微波电场的时空瞬态特征 .结果表明:在时间上,由于电子与离子的扩散速度和受力方向不同,鞘层的厚度呈逐渐增大的趋势,并最终形成稳态鞘层;在空间上,鞘层存在于所有与等离子体接触的放电管壁附近,鞘层区域的电场强度始终大于等离子体主体区域,且电场方向始终指向管壁,对微波电场产生阻尼作用 .此外,通过量化分析证明了鞘层厚度随压强的增大而逐渐减小 .

摘要： 本文主要是开展对管状件内壁(如碳钢、聚酯PET瓶、塑料针筒等)采用微波表面波等离子体沉积薄膜的均匀性的研究.论文从沉积薄膜的工艺参数到微波耦合天线的设计对所沉积的纳米DLC薄膜均匀性的影响因素方面进行了探索,通过测量沿天线方向不同位置薄膜的沉积速率得到:影响微波等离子体沉积薄膜均匀性的因素主要是表面波强度的大小,Penning放电只能改善区域性薄膜沉积,不能在整个天线范围增强放电、不能制备均匀的纳米薄膜.

摘要： 通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以CH4/H2为气源,合成高质量金刚石薄膜,在150 W低微波功率下,从衬底预处理方法、沉积气压、流量比等方面对制备高质量金刚石薄膜的工艺参数进行研究.结果表明:高流量比不利于金刚石颗粒的粒径控制,二次形核的存在可以获得近纳米级颗粒尺寸的金刚石薄膜;较大的沉积气压有利于制备致密均匀的金刚石薄膜;衬底预处理对薄膜的有效沉积影响明显,其中利用含金刚石粉末的甲醇悬浊液进行超声处理是最有效的种晶方法.

摘要： 大气污染因其扩散快、难整治、来源丰富的特点,如何防范与治理受到了公众的社会各界的广泛关注.本文研究探讨了将微波等离子体技术应用于汽车尾气减排、工业有机废气脱除方面的可行性.在内燃机点火方面,构建了基于TM010型振荡模式的微波等离子体点火方式,并用高速纹影法拍摄到了点火过程;尾气成分分析表明,此种点火方式相比火花塞点火,节省油气燃料5％,减少尾气NOx排放40％-60％,显著起到节能减排的作用.在有机废气脱除方面,搭建了压缩矩形波导配合石英放电管的等离子体反应腔体,对各种浓度下PX脱除率进行分析;实验结果表明,微波等离子体对有机废气的脱除率可高达95％以上,高于一般所用的电晕放电法.微波等离子体在这两个领域中的应用为大气污染防治中提供了新技术、新思路、新方向.

摘要： 对大气压氮气微波等离子体余辉进行了发射光谱诊断，结果表明，气体温度沿轴向变化，定性地分析了余辉中的动力学过程，N2+的变化与振动态-振动态的泵浦效应有关，考察了Ar对余辉的影响。

摘要： 微波等离子体在工业生产中有着极好的应用前景,压缩波导是最为常见的等离子体反应器耦合装置之一.但是,单端口激励的压缩波导仍存在激发场强不够高的问题制约着其进一步应用.针对这一问题,利用HFSS仿真软件仿真优化,提出了一种新型的两端口压缩波导结构.仿真结果表明:在相同的输入功率条件下,两端口压缩波导中反应腔电场强度大约提高到单端口的两倍，表明同样的结构两端口馈能的方式能使微波能量最大限度的耦合到反应腔内且能高效的激发产生等离子体。

摘要： 介绍了微波等离子体在煤粉锅炉点火中的应用.综述了微波等离子点火装置的点火机理,微波等离子点火系统等离子点火燃烧系统等离子点火燃烧系统、微波电源系统、微波等离子火炬发生装置以及监控系统。其技术参数未输入电压：3相 AC 380V；3.2 电源功率：100kW; 微波功率：75KW;3.4 微波频率：915MHz。

摘要： 化学气相沉积法(CVD法)生长多晶金刚石膜,在二十世纪八十年代中期问世,单晶CVD金刚石在九十年代末开始有人研发,至2000年初成功,2012年初由新加坡的Ⅱa公司将微波等离子体化学气相沉积法生长出的无色高品质,从小钻到克拉级的首饰钻石商品化,其售价较同级天然钻石低1/3至1/2,对天然钻石市场引起了震撼.实际上,单晶首饰钻石只是CVD功能的一小部分,大面积6-8英寸直径的多晶金刚石膜在声、化、光、热、电方面,有更多、更重要的用途.

摘要： 微波等离子体化学气相沉积法是一种理想的生长单晶金刚石的方法.本文以压缩波导结构微波等离子体源谐振腔为腔体,高温高压(HPHT)金刚石单晶片为衬底,在较高工作气压下进行了单晶金刚石的同质外延生长.利用扫描电子显微镜(SEM)和激光Raman光谱仪分别对金刚石的表面形貌和质量进行了表征.发现甲烷浓度对同质外延生长出的金刚石的形貌和速率有显著的影响,高的甲烷度能得到高的生长速率,但形貌不理想;而较低的甲烷浓度能达到理想的外延形貌,但生长速率较低.同质外延生长出来的单晶金刚石缺陷密度和杂质含量少,结晶度高,sp2态碳的含量较少,质量理想.

摘要： 纳米金刚石膜与其它真空窗口材料相比,在较薄的条件下,具有较高的机械强度,因而非常适合作为真空窗口材料.本论文采用自制的微波等离子体化学气相沉积装置,以乙醇为碳源制备了金刚石膜,通过场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射、拉曼光谱(Raman)、原子力显微镜(AFM)表征分析得出制备的金刚石膜为纳米金刚石膜,窗口的厚度范围为3.29μm-40μm,平均粗糙度为39.5nm.通过自制的漏气率测量系统,测得厚度为40μm的纳米金刚石膜窗口漏气率为8.8伊10-9Pa·m3/s.安装纳米金刚石膜真空窗后真空系统的漏气率增加了19％,表明:纳米金刚石膜真空窗口的漏气率性能很好.

摘要： 本文利用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),在天然金刚石的(100)、(110)以及(111)晶面上进行了同质外延生长单晶金刚石的研究,分析了这三个晶面上同质外延生长特点.结果表明,不同的晶面上金刚石的生长速率和形貌显著不同.(110)晶面生长速率最快,表面由一系列大小不同的四面体组成,(100)晶面次之,呈现出排列规整的生长台阶,而(111)晶面生长速率最低,表面光滑平整,(100)和(111)的这种二维生长表面粗糙度明显小于(110)的一维生长表面,而这些特点与其生长模式密切相关.虽然在(111)晶面生长出了质量理想、表面平整的单晶金刚石,但是与(100)和(110)晶面外延生长的单晶金刚石相比,其质量还是较低.

摘要： 等离子体发射光谱是探究等离子体参数、等离子体基团分布的有效工具.本文利用发射光谱技术对CH4/H2微波等离子体进行原位在线测量,研究了沉积过程中等离子体内部的基团种类以及气压对等离子体中各基团谱线强度的影响,测量分析了等离子体中各基团的空间分布以及气压对空间分布的影响.结果表明,随着气压的升高,Hα、CH、C2基团的发射光谱强度先增大后减小,且发射光谱线强度都在30kPa附近达到最大值.发射光强度比值IC2/1Hα基本保持不变,低气压范围内I CH/IC2则随气压升高迅速减小,当气压超过26 kPa时,I CH/IC2比值基本保持不变.随着气压的升高,等离子体的均匀性进一步变差,且等离子体的不均匀性导致了金刚石薄膜质量的不均匀性.

摘要： 掺硼金刚石膜(BDD)具有良好的力学性质、生物相容性和表面抗污染性,有望在体内植入中保持长期的稳定性.以液态硼酸三甲酯为硼源,采用光刻工艺和选择性生长法制备线宽为200μm和100μm的BDD膜叉指微电极,所制备的微电极边界清晰规整、薄膜质量良好,图形区薄膜的选择性高.采用电化学工作站表征电极在电解质溶液中的循环伏安行为和阻抗特性,结果表明:掺硼金刚石膜电极的尺寸和形状对电化学窗口和背景电流影响较小.200μm和100μm的叉指电极相邻微带电极间扩散方式分别是线性扩散和半球形稳态扩散,100μm叉指电极的CV曲线趋近于半球形稳态扩散的S形.掺硼金刚石膜微电极只有一个时间常数,将利于物质的快速和准确检出.

摘要： 微波导入机构（41）包括：具有将微波发射到腔室内的平面天线（81）的天线部（80）、匹配阻抗用的调谐器（60）、用于将天线部（80）的热散热的散热机构（90），调谐器（60）包括：具有呈筒状的外侧导体（52）和内侧导体（53）成为微波传递路径的一部分的主体（51）、在外侧导体（52）与内侧导体（53）之间能够移动的设置的芯部件（61a、61b）、使得芯部件移动的芯部件驱动部（70），散热机构（90）具有：热量输入端和位于天线部（80）、从热量输入端向散热端输送天线部（80）的热的热管（91）和设置于散热端的散热部（92）。

摘要： 微波导入机构(43)包括：形成为筒状的主体容器(50)；同轴地设置在主体容器(50)内、在与主体容器(50)之间形成微波传送通路(53)的内侧导体(52)；进行阻抗调整的调谐器(44)；和具有向腔室内放射从微波传送通路(53)传送来的微波的天线(51)的天线部(45)，调谐器(44)包括：一对由电介质构成的芯块(58)、使这些芯块(58)移动的致动器(59)和控制器(60)，控制器(60)进行控制，使一对芯块(58)同时在1/2波长的长度范围内移动，并且使芯块(58)的一个芯块(58)相对于另一个芯块(58)在1/4波长的长度范围内移动。

摘要： 等离子体处理装置的等离子体产生室被顶板(3)封堵。顶板(3)在朝向等离子体产生室侧的面上设置凹部(3A)，在相反侧的面上具有中心部的凹部(3B)。在顶板(3)上耦合有天线(4)。在天线上连接有导波管。当从导波管供应微波时，供应的微波在天线之间向径向传播，并从天线的缝隙辐射。微波在顶板(3)中传播而具有极化面，作为整体形成圆极化波。此时，在顶板(3)具有的凹部(3A)的侧面产生微波的共振吸收，在凹部(3A)的内部以单一的模式传播。在具有多个的凹部(3A)各自的内部形成强的等离子体，并在顶板(3)中使等离子模式稳定。

摘要： 微波导入机构（41）包括：具有将微波发射到腔室内的平面天线（81）的天线部（80）、匹配阻抗用的调谐器（60）、用于将天线部（80）的热散热的散热机构（90），调谐器（60）包括：具有呈筒状的外侧导体（52）和内侧导体（53）成为微波传递路径的一部分的主体（51）、在外侧导体（52）与内侧导体（53）之间能够移动的设置的芯部件（61a、61b）、使得芯部件移动的芯部件驱动部（70），散热机构（90）具有：热量输入端和位于天线部（80）、从热量输入端向散热端输送天线部（80）的热的热管（91）和设置于散热端的散热部（92）。

摘要： 微波导入机构(43)包括：形成为筒状的主体容器(50)；同轴地设置在主体容器(50)内、在与主体容器(50)之间形成微波传送通路(53)的内侧导体(52)；进行阻抗调整的调谐器(44)；和具有向腔室内放射从微波传送通路(53)传送来的微波的天线(51)的天线部(45)，调谐器(44)包括：一对由电介质构成的芯块(58)、使这些芯块(58)移动的致动器(59)和控制器(60)，控制器(60)进行控制，使一对芯块(58)同时在1/2波长的长度范围内移动，并且使芯块(58)的一个芯块(58)相对于另一个芯块(58)在1/4波长的长度范围内移动。

摘要： 本发明提供微波等离子体处理装置和微波等离子体处理方法以及微波透过板。微波等离子体处理装置(100)，其利用从平面天线(31)的微波放射孔(32)放射的、透过微波透过板(28)的微波在腔室(1)内形成处理气体的等离子体，利用该等离子体对载置于载置台(2)的被处理体(W)实施等离子体处理，其中，微波透过板(28)在其微波透过面的与被处理体的周缘部对应的部分具有凹凸状部(42)，与被处理体(W)的中央部对应的部分形成为平坦部(43)。

摘要： 在微波等离子体处理装置(10)中设置促进利用微波进行等离子体点火的等离子体点火促进部件。等离子体点火促进部件具有产生真空紫外线的重氢灯(30)，以及，使真空紫外线透过并将之导入等离子体激发用空间(26)内的透过窗(32)。透过窗(32)构成为凸透镜结构，通过聚焦真空紫外线来促进等离子体激发气体的电离。通过所述结构，可以容易且快速地进行等离子体点火。

摘要： 在微波等离子体处理装置(10)中设置促进利用微波进行等离子体点火的等离子体点火促进部件。等离子体点火促进部件具有产生真空紫外线的重氢灯(30)，以及，使真空紫外线透过并将之导入等离子体激发用空间(26)内的透过窗(32)。透过窗(32)构成为凸透镜结构，通过聚焦真空紫外线来促进等离子体激发气体的电离。通过所述结构，可以容易且快速地进行等离子体点火。

摘要： 本发明涉及一种具有处理腔室、至少一对微波等离子体源和至少一个电源的等离子体处理装置。每对微波等离子体源由第一微波等离子体源和第二微波等离子体源组成，其中，第一微波等离子体源和第二微波等离子体源分别具有等离子体源壁部，并且在该等离子体源壁部之内具有微波耦入装置和等离子体电极。第一微波等离子体源和第二微波等离子体源在处理腔室内部布置在一个或多个待处理的衬底的相同的侧上且彼此相邻地布置。第一微波等离子体源和第二微波等离子体源的等离子体电极彼此电绝缘并且与至少一个电源导电地连接。在此，至少一个电源适合于，使第一微波等离子体源和第二微波等离子体源得等离子体电极加载以不同的电势。此外，本发明涉及一种用于运行这样的等离子体处理装置的方法。

摘要： 本发明提供微波等离子体处理装置和微波等离子体处理方法以及微波透过板。微波等离子体处理装置(100)，其利用从平面天线(31)的微波放射孔(32)放射的、透过微波透过板(28)的微波在腔室(1)内形成处理气体的等离子体，利用该等离子体对载置于载置台(2)的被处理体(W)实施等离子体处理，其中，微波透过板(28)在其微波透过面的与被处理体的周缘部对应的部分具有凹凸状部(42)，与被处理体(W)的中央部对应的部分形成为平坦部(43)。