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基于微带环缝谐振器(MSRR)的小功率微波微等离子体的研究

宋倩  
【摘要】:本课题由国家自然科学基金项目“小功率微波微等离子体的研究”(批准号:61072007)资助。 基于微系统的小功率微波等离子体技术是一项近几年发展起来的集微电子技术、微波技术和等离子体技术于一体的高新技术。其基本思想就是采用微带电路通过小功率微波激励起小尺寸的等离子体。随着MEMS工艺的广泛应用,基于微电子机械加工系统(MEMS)工艺实现的微型等离子体源越来越受到关注,逐渐成为研究的热点。这种等离子体源体积很小、方便携带、可在常温常压下工作。应用领域包括化学分析仪器,微型化学处理和粒子探测等。 本文在理论研究的基础上,给出了多款谐振频率在2.45GHz的微带环缝谐振器。首先选用氧化铝陶瓷作为介质,给出了三种结构:普通平行结构、尖端放电式结构和圆头放电式结构。研究发现圆头放电式的结构场强比较均匀,能够较好地激励等离子体。选用三种不同材料(氧化铝陶瓷、玻璃和硅)作为介质,分别对缝隙宽度为0.1mm、0.05mm左右的圆头放电式的微带环缝谐振器进行研究。发现同一种介质基片的情况下,小缝隙的微带环缝谐振器能够激励更大的电磁场。 为了让缝隙间获得更大的电场,本文在缝隙处把介质挖掉一块。用软件仿真了圆头放电式的小缝隙的Al2O3-ceramic和大缝隙的Glass_PTFEreinf。发现挖槽后谐振频率升高,电场增大,说明挖槽对MSRR的性能有改善。封装研究表明,谐振频率往低偏移和电场增大,封装有能量集中作用。 用COMSOL软件仿真等离子激励后一维的电容耦合等离子体源的反应情况。发现压强越高,电子密度越大,离子密度越大,缝隙两端电势差越大,越容易激发等离子体。最后按照设计尺寸,研制实物,测试结果与仿真结果基本吻合。


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