ECR等离子体08.doc

电子回旋共振等离子体
(Electron CyclotronResonance,ECR)

ECR等离子体源发展历史:
(1)微波电源的发展
1921: 磁控管 1939:速调管
(2)二战中微波技术的迅速发展
雷达
(3)微波灶的普及 1960-1970
微波电源价格大幅度下降
(4)1970年代前期:高温核聚变等离子体微波加热
后期:日本,捷克低温等离子体应用
集成电路芯片刻蚀加工:
低气压高密度等离子体源竞争
ECR,.
Hitachi, Astex.
ECR等离子体源结构:
微波电子回旋共振加热原理
(a)微波ECR等离子体内的有效电场
B0 0
[对比] B0=0
特性
电子回旋频率附近,击穿电场显著降低。

实验结果:
回旋运动角频率ωce = eB0/me =ωwave
(b)ECRplasma 中微波传输及吸收的主要特性
---微波ECR 等离子体为各向异性介质,沿磁场方向传播的TE 波将分为右旋偏振波和左旋偏振波,色散关系为:
n2R =1-(ω2pe/ (ω- ωce)ω)
n2L =1-(ω2pe/ (ω+ ωce)ω)
右旋波的共振和截止条件为:
ωce/ω=1 (共振条件: nR =∞)
ω2pe/ω2 =1-ωce/ ω(截止条件: nR =0)

----微波不同馈入模式的结果
低场馈入:图中路径a-----> 右旋波在低密度区截止(对应
的临界密度ncrit = nc (1 - ωce/ω)
----->低密度
高场输入:图中路径b,没有高密度截止------>高密度运行条件
-------共振区中右旋波的共振吸收功率
Pabs (r,z) = Pinput(r,z) [1-exp(-πη)]
η= ω2pe/ ωcα, c 为光速, α=1/B0(r,z )dB (r ,z )/dz .
------〉共振吸收功率,不仅与微波场分布,而且还与磁场位形有关。
[问题]ECR plasma 磁梯度推动
微波ECR等离子体源系统
直流电源:
磁控管:产生微波的真空器件(磁控管溅射),商用微波炉即采用磁控管。
环行器/匹配负载:
在磁控管和变化的等离子体负载间起隔离作用,其功能像—个单向阀门,。
(3)定向耦合器
测量从微波源到负载的人射功率和从负载返回源的反射波功率。两部分之差功率流之差主要被等离子体吸收,剩余部分是系统的损耗.
(4)销钉调配器
阻抗匹配,可将反射波功率调至最小、等离子体负载吸收的人射波功率最大。
(5)模式转换器
将波模所希望的模式。矩形---〉圆波导,
(6)石英窗
真空密封
低微波吸收。
(7)等离子体反应腔
共振、非共振型。
ECR放电参数特性
⊙ECR等离子体密度随气压的变化
⊙不同微波模式的等离子体密度及径向分布