專利名稱：一種交叉場(chǎng)放電共振耦合的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的利用靜電駐波共振機(jī)制耦合電能的磁控放電系統(tǒng)，磁控 靶的內(nèi)部磁路結(jié)構(gòu)由附

圖1和附圖2所示，圖中采用以中線7為對(duì)稱軸的極化坐標(biāo)，必須 具備主要構(gòu)件有陰極材料1、極靴2、永磁體3、鐵軛4、磁力線5、同軸線圈8和電源6組成， 通過極靴2或者圖2中的同軸線圈電流優(yōu)化磁場(chǎng)的分布狀態(tài)，磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)具有非平衡磁控靶 的特征，磁場(chǎng)在電極表面形成封閉的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和在磁控靶的軸向上形成磁鏡效應(yīng)，磁力線5 要在兩端和電極表面相交，并且和電極的電場(chǎng)正交，形成適當(dāng)?shù)慕徊鎴?chǎng)空間，與磁控靶相對(duì) 放置的對(duì)電極9和磁控靶之間形成軸向勢(shì)阱，對(duì)電極由偏壓電源10供給電能，磁控靶和對(duì) 電極之間形成靜電駐波共振的勢(shì)阱，磁場(chǎng)強(qiáng)度在磁控靶的表面典型數(shù)值是160mT，磁場(chǎng)強(qiáng)度 和電源6供給功率互相匹配，采用脈沖電源輸出頻率為IO-IOOkHz,直流電源250-600V，輸 出電流大于0. 5A，放電氣壓在0. lPa-5Pa之間，磁控靶連接到電源的輸出端，電源要有接地 的設(shè)置，形成靜電駐波共振放電耦合電源能量。實(shí)施例2 本發(fā)明涉及的通過控制磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)控制霍爾等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作的 結(jié)構(gòu)由附圖3所示，圖中采用以中線7為對(duì)稱軸的極化坐標(biāo)，必須具備主要構(gòu)件有電極材料 1、磁力線5、電源6、陶瓷構(gòu)件9、同軸線圈8組成，通過同軸線圈8優(yōu)化磁場(chǎng)的分布狀態(tài)，磁 場(chǎng)結(jié)構(gòu)具有曲率的特征，磁場(chǎng)在電極表面形成封閉的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，電極的電場(chǎng)和磁力線5正 交，形成適當(dāng)?shù)慕徊鎴?chǎng)空間，磁場(chǎng)強(qiáng)度在表面典型數(shù)值是10-500mT，磁場(chǎng)強(qiáng)度和電源6供給功率互相匹配，采用脈沖電源輸出頻率為ο. 1-5MHZ，直流電源50-3000V，輸出電流大于0. 1A，放電氣壓在O.OlPa-lOOPa之間，磁控靶連接到電源的輸出端，通過控制磁場(chǎng)的強(qiáng)度 和空間分布來控制形成靜電駐波共振或穩(wěn)定放電狀態(tài)耦合電源能量。
權(quán)利要求
一種交叉場(chǎng)放電共振耦合的控制方法，采用在交叉場(chǎng)放電離子源中由電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相正交形成封閉或開放的交叉場(chǎng)空間的電場(chǎng)、磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，磁控靶表面電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互正交構(gòu)成磁阱結(jié)構(gòu)；磁控靶和與之平行的偏壓基片之間或者開放端之間形成了另一種軸向勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，靜電波動(dòng)在這兩種勢(shì)阱結(jié)構(gòu)中分別形成駐波共振和相互耦合共振，與電源特性相匹配形成耦合共振放電；通過調(diào)整放電空間中的電極結(jié)構(gòu)、形式和參數(shù)匹配能夠形成單一的、兩個(gè)或兩個(gè)以上勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，并分別發(fā)生靜電駐波和發(fā)生耦合共振，其特征在于在構(gòu)成交叉場(chǎng)的磁場(chǎng)中磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度在0-3T的范圍之內(nèi)，電壓的范圍在0-1000kV之間，通過使用頻率范圍為0Hz-500GHz、電壓幅值在0-1000kV之間的高功率脈沖開關(guān)電源供電或者直接使用0-1000kV的可調(diào)直流電源為放電系統(tǒng)提供電能；電源的供給電壓、放電氣壓、氣體成份需要和磁場(chǎng)特性通過反饋方式匹配，波動(dòng)頻率在0Hz-500GHz之間，振幅通過電源的電壓控制，電源連接到真空放電電極上，在真空室壓力在0.01-100MPa的范圍之內(nèi)，使用直流和脈沖方式供給磁控放電形成等離子體，由電源功率和頻率控制交叉場(chǎng)放電等離子體靜電駐波共振放電狀態(tài)或者實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制；駐波特性與放電氣壓、放電功率、磁控靶形式、靶材料、基體偏壓、磁場(chǎng)屬性和真空室的設(shè)置相匹配；磁控靶表面的磁阱中的靜電波動(dòng)或駐波傳播的方向平行于磁控靶的表面，最大波長(zhǎng)不大于正交場(chǎng)空間區(qū)域周長(zhǎng)的2倍；磁控靶和基片之間的勢(shì)阱中靜電波動(dòng)或駐波在磁控靶和基片之間傳播，最大波長(zhǎng)不大于磁控靶和基片之間勢(shì)阱長(zhǎng)度的2倍；上述兩種條件下駐波頻率與粒子能量、靜電波動(dòng)的波長(zhǎng)、放電氣體種類、磁場(chǎng)特性相適應(yīng)。
2.一種交叉場(chǎng)放電共振耦合的控制方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)高脈沖功率非平衡磁控放 電電源的諧振特性和阻抗特性與放電的脈沖特性和阻抗特性匹配，調(diào)整放電功率、放電氣 壓、氣體種類、電極結(jié)構(gòu)、基體偏壓和磁控靶的電場(chǎng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度和分布使磁控靶滿足上述匹 配需求，形成非平衡磁控濺射靶形成高功率脈沖非平衡磁控放電；放電頻率小于50kHz，放 電的電壓為0-1000kV，脈沖功率密度大于lkW/cm2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交叉場(chǎng)放電共振耦合的控制方法，屬于電工工程技術(shù)領(lǐng)域。采用在交叉場(chǎng)放電離子源中由電場(chǎng)和磁場(chǎng)互相正交形成封閉或開放的交叉場(chǎng)空間的電場(chǎng)、磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，磁控靶表面電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互正交構(gòu)成磁阱結(jié)構(gòu)；磁控靶和與之平行的偏壓基片之間或者開放端之間形成了另一種軸向勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，靜電波動(dòng)在這兩種勢(shì)阱結(jié)構(gòu)中分別形成駐波共振和相互耦合共振，與電源特性相匹配形成耦合共振放電；通過調(diào)整放電空間中的電極結(jié)構(gòu)、形式和參數(shù)匹配能夠形成單一的、兩個(gè)或兩個(gè)以上勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，并分別發(fā)生靜電駐波和發(fā)生耦合共振，本發(fā)明的有益效果是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、放電效率高。
文檔編號(hào)H05H1/46GK101835334SQ20101030043
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者劉升光, 牟宗信, 牟曉東, 王春, 賈莉 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)