[发明专利]一种真空紫外光源装置

说明书

技术领域

本发明涉及紫外光源设备领域，特别涉及一种真空紫外光源装置。

背景技术

真空紫外光源在科研方面的光电子能谱、质谱研究；微电子与光电子技术的紫外光刻；化学工业中的光合成、光固化、光氧化；食品医疗方面的杀菌、消毒、治疗皮肤病以及公安侦查的鉴别等领域具有广泛的应用。

现有的真空紫外光源装置按紫外光产生的机理，一般分为高压电极放电、微波波导谐振腔耦合、电感线圈耦合等几种类型，但目前上述装置都有着各自的缺陷：

1、利用高压电极放电产生等离子发光，该类装置的电极因受等离子腐蚀，其寿命一般在1000小时以内。同时电极之间电场能量密度小(一般在10⁵V/m以下)，导致发光效率不高，一般在不超过10¹⁵photons/(Sr*S)；

2、波导型谐振腔微波耦合，由于该类装置的电场能量密度分布在整个谐振腔内，因而能量分布空间大，发光效率一般不超过10¹⁶photons/(Sr*S)；在波导型谐振腔微波耦合的基础上，增加一段与微波频率匹配的永磁体，使产生的等离子体发生回旋共振(ECR)，采用电子回旋共振的方式激发产生等离子体是更先进的低温等离子体技术，发光效率有一定的提高，但是其发光效率仍达不到10¹⁷photons/(Sr*S)；更重要的一点这种波导型谐振腔的尺寸需要和微波的波长匹配。为了减小谐振腔的尺寸，通常需要使用高频的微波(代表性的如：德国SPECS公司采用的是2.45GHz微波源，瑞典的SCIENTA公司更是使用了10GHz超高频微波源)作为激励源，这类大功率的高频微波源及配套设备体积庞大、价格昂贵；

3、电感线圈耦合方式，线圈激发的频率较低(一般小于100MHz)，其发光效率不超过10¹⁶photons/(Sr*S)。

另外现有的真空紫外光源装置，多数需要点火装置，导致系统较为复杂，制造和维护成本高。另一方面，对于较重的气体，由于等离子腐蚀比较严重，现有的真空紫外光源装置只能激励1-2种工作气体发光。我们的特殊结构设计有效的避免了等离子对装置的腐蚀，拓展了工作气体的种类。

发明内容

为了解决现有真空紫外光源装置普遍存在发光效率低，强度弱的问题，本发明披露了一种真空紫外光源装置，本发明的技术方案是这样实施的：

一种真空紫外光源装置，包括等离子保持器、射频电场聚焦器和密封固定装置；所述密封固定装置包括真空接口；所述射频电场聚焦器为等离子局域场型电场聚焦器，包括射频源、天线、内导体和外导体；所述天线第一端与所述射频源电性连接，所述天线第二端与所述外导体电性连接；所述等离子保持器包括光传导部和进气口；所述等离子保持器至少一部分位于所述射频电场聚焦器的能量聚焦范围内。

优选地，所述内导体包括柱状的内电极面，所述外导体包括阶梯形柱状的外电极面，所述内电极面与所述外电极面电性连接，所述外电极面包括上极面和下极面；所述外电极面与所述内电极面同轴；所述上极面与所述内电极面的径向距离L₁在1～15mm之间；所述下极面与所述内电极面的径向距离L₂大于L₁；所述上极面的截面长度H₁与下极面的截面长度H₂之和在10～150mm之间；所述天线设置于所述下极面与所述内电极面之间；所述射频源输入的射频频率在100MHz～10GHz之间。

优选地，所述密封固定装置还包括固定部件；所述固定部件用于限定所述等离子保持器和所述内导体的相对位置；所述真空接口紧套在所述光传导部外壁上。

优选地，所述光传导部包括窄通道，所述窄通道内径D₁为0.5～6mm；所述等离子保持器位于所述能量聚焦范围内的部分，其厚度为0.2～4mm。

优选地，所述固定部件为可容纳所述外导体、所述内导体、所述天线及所述等离子保持器的管状容器，所述固定部件顶部固定所述光传导部。

优选地，所述等离子保持器还包括与所述光传导部连接的封闭部，所述封闭部位于所述射频电场聚焦器的能量聚焦范围内。

优选地，所述封闭部呈椭球形，其短轴方向内径D₂为2～20mm，长轴方向内径D₃为5～30mm。

优选地，所述进气口设置于所述光传导部一侧，进气口气压为10^-3～10mbar，进气口的气体流量为0.05～20sccm。