[发明专利]一种用于硅基材料加工的混合式等离子体发生器有效

专利信息
申请号: 201711111093.5 申请日: 2017-11-13
公开(公告)号: CN107920411B 公开(公告)日: 2023-09-19
发明(设计)人: 余德平;吴杰;钟彦杰;徐继业;姚进 申请(专利权)人: 四川大学
主分类号: H05H1/32 分类号: H05H1/32;H05H1/30
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 610065 四川*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 基材 加工 混合式 等离子体 发生器
【说明书】:

一种用于硅基材料加工的混合式等离子体发生器,其主要由直流等离子体发生器和射频感应耦合等离子体发生器两部分组成;所述的直流等离子体发生器主要由阴极部分、引弧外壳、第一阳极体、阳极外壳、第二阳极部分、第一绝缘套、第二绝缘套组成;所述射频感应耦合等离子体发生器主要由石英玻璃管、感应线圈组成;所述的阴极部分主要由阴极座和阴极头组成;所述的第一阳极体上端面与引弧外壳连接,下端面与第二绝缘套连接;所述第二阳极部分由阳极头和阳极尾盖组成;所述第一绝缘套内壁与阴极座配合,外壁与引弧外壳配合。本装置在线圈磁场的作用下二次激发电弧等离子体射流,提高反应活性粒子的激发效率,对于硅基材料的加工速率有很大提升。

技术领域

发明公开了一种用于硅基材料加工的混合式等离子体发生器,属于等离子体加工设备领域。

背景技术

近年来硅基超精密零件在航空航天,天文观测等领域应用越来越广泛,需求越来越多,对于材料加工表面质量要求也越来越高,诸如纳米级的表面粗糙度,加工表面无变质层和亚表面损伤等要求。为了实现以上目标,以等离子体激发如CF4一类的工作气体产生活性反应粒子为主导的轨迹表面加工方式,得到了国内外科研工作者的极大关注。

目前激发工作气体产生活性反应粒子的方式主要依靠射频感应耦合等离子体发生器。此种方式能够实现激发工作气体产生活性反应粒子,依靠活性反应粒子与硅基材料之间发生化学反应生成气相产物,可避免加工表面出现表面变质层和亚表面损伤,但在感应线圈区域内,洛仑兹力会诱导产生强回旋涡流,导致加工过程中装置射流口等离子体射流的形态并不稳定,不能得到恒定的束斑直径,加工表面质量并不能达到理想目标;且感应线圈区域内存在电流的趋肤效应,高温区偏离石英玻璃管轴线,能量并未充分耦合至等离子体射流中,导致加工效率不高。

发明内容

为了解决上述问题,提高加工效率,提升硅基材料的加工表面质量,本发明公开了一种用于硅基材料刻蚀加工的混合式等离子体发生器,可长时间产生性能优异且能够保持恒定束斑直径的等离子体射流,因而可以得到理想目标要求下硅基材料的表面质量。

本发明的技术方案如下所述。

一种用于硅基材料加工的混合式等离子体发生器,主要由直流等离子体发生器和射频感应耦合等离子体发生器两部分组成,其特征在于:所述的直流等离子体发生器主要由阴极部分、引弧外壳、第一阳极体、阳极外壳、第二阳极部分、第一绝缘套、第二绝缘套组成;所述射频感应耦合等离子体发生器主要由石英玻璃管,感应线圈组成。所述的阴极部分主要由阴极座和阴极头组成;所述的第一阳极体上端面与引弧外壳连接,下端面与第二绝缘套连接;所述阳极外壳上部端面接有第二阳极体接线柱,所述第二阳极部分由阳极头和阳极尾盖组成;所述第一绝缘套内壁与阴极座配合,外壁与引弧外壳配合;第二绝缘套由薄壁段和射流接触段两部分组成。

所述阴极座主要由阴极套、阴极体、阴极接线柱组成;所述阴极套上端面有一冷却水入口;所述阴极体外圆柱面与阴极套内壁配合;所述阴极接线柱与直流电源阴极相接。

所述阴极头采用耐高温材料钨或其合金加工,由一柱面和与之相切的圆弧面构成,是电弧阴极的附着点。

所述引弧外壳上部圆柱面设有第一阳极接线座,中部外圆柱面设有第一环形分气室,内圆柱面设有8~10与第一环形分气室连通的发生气进气孔,其中发生气为Ar,所述工作气出气孔轴线与内圆柱面法线夹角为30°~50°。

所述第一阳极体采用紫铜材料,主要用于隔离工作气体和阴极部分,避免工作气体激发后产生的反应活性粒子腐蚀阴极部分。

所述阳极外壳上部端面与第二阳极接线柱连通,上部外圆柱面设有一发生气进气口;中部外圆柱面设有一冷却水出口和一保护气入口,阳极外壳内壁设有螺纹,用于与阳极头连接。

所述阳极尾盖外圆柱面设有一保护气进气口,下部端面设有一孔道与保护气进气口连通,其中保护气为Ar。

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