小功率微波微電漿的研究

《小功率微波微電漿的研究》是依託華東師範大學，由廖斌擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：小功率微波微電漿的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：廖斌
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

微電漿和納電漿是超臨界流體電漿和量子電漿的基礎，小功率微波微電漿就是通過微小功率微波激勵起小尺寸的電漿，它具有體積小及易與其它MEMS器件集成等優點。本課題擬對基於2.45GHz小功率微波微電漿源的結構和系統集成技術作深入研究，通過採用MEMS工藝及對小功率微波微電漿源的結構、基片材料及相關參數的研究和最佳化，以達到微波微電漿小型化的目的；通過採用微型微波功率源，以達到小功率微波微電漿源的有源集成的目的；通過建立微電漿模型，測試並分析小功率微波微電漿在不同氣體和不同氣壓條件下的電特性、光特性和熱特性等，研究小功率微波微電漿激勵與功率、氣壓和外加磁場等之間的相互關係，以達到小功率微波微電漿最佳激勵狀態的目的。研究內容是近年來國內外在小功率微波微電漿研究領域的進一步深入，研究成果將有助於更好解決小功率微波微電漿的可控和集成的問題。

結題摘要

微電漿和納電漿是超臨界流體電漿和量子電漿的基礎，小功率微波微電漿就是通過微小功率微波激勵起小尺寸的電漿，它具有體積小及易與其它MEMS器件集成等優點。本課題對基於2.45GHz小功率微波微電漿源的結構和系統集成技術作深入的研究，採用MEMS工藝通過微帶縫環諧振器和平面漸變螺旋線圈對小功率微波微電漿源的基片材料及相關參數進行了研究和最佳化。選用三種不同材料（氧化鋁陶瓷、玻璃和矽）作為介質，分別對不同縫隙寬度的圓頭放電式的微帶環縫諧振器以及平面微帶漸變螺旋天線進行了研究。研究表明，在同一種介質基片的情況下，小縫隙的微帶環縫諧振器能夠激勵更大的電磁場。通過採用微型微波功率源，實現了小功率微波微電漿源的有源集成的目的。微型微波功率源分為頻率合成器、可調衰減器和功率放大器幾個部分。研究表明，研製的集成微波微電漿源具有頻率可調、功率可調的特點，頻率範圍為2.3GHz-2.6GHz，輸出功率範圍為20dBm-40dBm。通過電漿仿真軟體對氬氣狀態下基於微帶縫環諧振器的小功率微波微電漿的激勵進行數值建模，研究了環縫尺寸、輸入功率和氣壓等對小功率微波微電漿特性(電子密度、電漿溫度和電漿電勢等)的影響。研究表明，隨著氣壓的增大，微波微電漿的電子密度增大，而鞘層寬度和放電區域隨著氣壓的增大而減小；微波微電漿電勢隨著氣壓的增大而減小；微波微電漿的電子密度和鞘層寬度隨著環縫寬度的增大而減小，放電區域隨著環縫寬度的增大而增大；微波微電漿的電子溫度隨著環縫寬度的增大而增大。通過實驗獲得了小功率微波微電漿在不同氣體(空氣、氬氣等)、不同氣壓(低壓和常壓)和不同磁場條件下的電特性、光特性和熱特性以及電磁兼容性等，研究了不同工藝條件下小功率微波微電漿激勵和穩定與功率、氣壓(低壓和常壓條件)和外加磁場等之間的相互關係。研究表明，磁場強度、磁極方向、氣壓等參數對小功率微波微電漿的特性有很大影響；一般來說，磁場載入有利於小功率微波微電漿的激勵。本項目的研究內容是近年來國內外在小功率微波微電漿研究領域的進一步深入，研究成果將有助於更好解決小功率微波微電漿的可控和集成的問題。