Микроволновый плазменный реактор - это специализированная система, используемая для процессов химического осаждения из паровой фазы, в частности для синтеза таких материалов, как алмазы, углеродные нанотрубки и графен. В этом реакторе используется микроволновая энергия на частоте 2,45 ГГц для генерации плазмы в контролируемой камере. Плазма формируется над столом с подложкой, вдали от поверхностей реактора, и может быть отрегулирована по положению относительно микроволнового прозрачного кварцевого окна для оптимизации микроволновой схемы.
Подробное объяснение:
-
Генерация микроволн и формирование плазмы:
-
Реактор оснащен микроволновым генератором, который работает на частоте 2,45 ГГц, что является обычной частотой для промышленных и научных приложений. Микроволны передаются в цилиндрическую камеру через прямоугольный волновод и преобразователь мод. Внутри камеры микроволны создают резонансное электромагнитное поле, которое нагревает и возбуждает реагирующие газы, образуя плазму. Эта плазма, как правило, представляет собой шарообразную массу над подложкой, что имеет решающее значение для процесса осаждения.Нагрев подложки и управление газом:
-
Подложки в реакторе могут нагреваться независимо от генерации плазмы с помощью таких методов, как индукционный нагрев (до 1000°C) и нагрев со смещением. Такой независимый контроль позволяет точно регулировать температуру в процессе осаждения. Газы, используемые в реакторе, вводятся через трубопроводы из нержавеющей стали, а их расход контролируется массовым расходомером. Блок управления газом MKS поддерживает различные газы, включая водород, метан, ацетилен, аргон, азот, кислород и другие, которые необходимы для различных видов синтеза материалов.
-
Конструкция реактора и проблемы:
-
Конструкция микроволновых плазменных реакторов должна решать несколько проблем, включая тепловой отказ, пробой напряжения и дугу. Чтобы предотвратить эти проблемы, конструкция реактора должна обеспечивать оптимизацию интенсивности микроволнового поля для предотвращения возникновения дуги при минимизации тепловых потерь. Кроме того, реактор должен быть спроектирован таким образом, чтобы предотвратить попадание пыли в волноводную систему и избежать острых углов и кромок, которые могут привести к локальному перегреву и возникновению дуги. Правильная настройка также имеет решающее значение для предотвращения сцепления дуги с отраженной мощностью.Типы микроволновых плазменных реакторов:
Со временем были разработаны различные типы микроволновых плазменных реакторов, каждый из которых имеет свою геометрию, предназначенную для улучшения размещения микроволновой энергии. Они варьируются от простых кварцевых трубок до более сложных структур, таких как эллипсоид, купол, многомодовый нецилиндрический, кольцевой антенно-эллипсоидный резонатор и конический рефлектор. Каждая конструкция направлена на улучшение способности фокусировки СВЧ-излучения, защиту диэлектрических окон от плазменного травления и улучшение способности к настройке.
