双驱动射频负氢离子源匹配网络设计与实验研究

随着磁约束聚变实验装置对中性束注入器的输出束流强度与脉冲时间的要求越来越高,开展高功率大面积射频离子源的研究迫在眉睫。为了实现大面积、高密度均匀等离子体放电,基于多驱动射频离子源的设计是当前的发展趋势,而阻抗匹配网络是射频功率源将最大功率输送至线圈并耦合至等离子体的关键,故对其结构设计和调谐特性的研究是不可或缺的。基于前期在单驱动射频离子源的研究基础上,结合双驱动射频离子源的放电需求,开展了双驱动阻抗匹配网络优化结构的设计与分析,通过实验中对匹配网络的调谐,成功实现了140 kW高功率和25 kW/1 000 s长脉冲的稳定运行。随后在等离子体稳定放电的基础上研究了两个驱动器之间的功率分配均匀性问题,实验结果表明了该匹配网络的优化设计合理可行,上下驱动器的射频功率分配基本均匀。

Plasma射频离子束与CO2点阵激光治疗痤疮瘢痕的临床疗效

目的比较CO2点阵激光疗法与Plasma射频离子束疗法治疗面部痤疮瘢痕的临床效果和不良反应。 方法收集中至重度面部痤疮瘢痕患者173例，其中CO2点阵激光治疗组113例，Plasma射频离子束治疗组60例，使用倾向性评分匹配法（PSM）均衡两组间混杂因素，比较两组患者治疗效果和不良反应发生情况。 结果以Plasma射频离子束治疗组为基准组进行匹配，共42例匹配成功，该组患者治疗后面部痤疮瘢痕的质地和萎缩情况改善明显，质地和萎缩改善率〉50%的患者比例分别为92.9%和88.1%，均好于CO2点阵激光组患者（P〈0.01）；除皮肤变色情况以外，其他不良反应在Plasma射频离子束组发生率均较低（P〈0.05）。 结论Plasma射频离子束患者的临床治疗有效率高于CO2点阵激光治疗组，且不良反应发生率低。

用于薄膜制备的射频宽束离子源的设计

采用射频宽束离子源进行离子束辅助镀膜可以获得高性能的光学薄膜 ,已越来越得到人们的共识。本文对射频感应线圈的匹配、起弧及三栅离子光学的关键技术进行了重点考虑 ,并获得了稳定运行的高性能离子源。

用于中性束注入的大功率射频离子源激励器研制

建立了一个等离子体射频激励器,工作气体为氢气,工作气压为0.3Pa,激励器陶瓷桶直径300mm,工作频率1MHz。实现了RF等离子体激发放电,在输入射频功率16k W条件下,采用朗缪尔探针测得的等离子体密度>10^(18)m^(-3),初步建立了一个RF等离子体源实验平台。

条形射频源大口径离子束刻蚀机性能(英文)

针对大尺寸基底往复扫描条形离子束来实现大面积刻蚀的特点,实验测试了基于射频感应耦合等离子体离子源大型离子束刻蚀机的性能.利用法拉第筒扫描探测系统在线测量束流密度,通过控制气体流量、调节加速电压等,得到了纵向束流密度±5.3%均匀性的较好结果.刻蚀实验表明40 cm长度范围刻蚀深度均匀性为±5.4%,同时具有较好的束流稳定性.添加束阑,并结合掩模修正束流,会得到更好的束流密度与刻蚀深度均匀性.

大面积射频离子源等离子体激励模拟研究

中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)加热是磁约束核聚变装置中最重要的辅助加热手段之一。大面积强流射频(Radio frequency)离子源是高功率NBI系统的核心部件。为了获得高密度、均匀的等离子体,在单激励器射频离子源研究的基础上对双激励器射频离子源的结构和等离子体激励特性进行了模拟,给出了射频离子源不同结构和参数对等离子体产生的影响,包括射频激励器间距、扩展室深度、射频功率以及放电气压等。研究结果可为大面积射频离子源的研制和多激励器射频负离子源的设计和优化提供支持。

离子束溅射与射频溅射制备的ZnO薄膜的特性分析

分别采用两种不同的方法制备了ZnO薄膜。①离子束溅射法(IBD),在Si(001)衬底上制备锌膜后在氧气氛炉中退火;②射频溅射法(RF),在Si(001)衬底上制备ZnO薄膜后在氧气氛炉中退火。利用X射线衍射仪和原子力显微镜(AFM)以及电感、电容、电阻综合测试仪(LCR)对两种方法制备的ZnO薄膜的结构、形貌和导电性进行了比较研究。结果表明,离子束溅射的锌膜经热氧化后得到的ZnO薄膜生长的单向性较差,表面粗糙度较大,薄膜的电阻率也比较高。

射频离子束辅助溅射镀膜设备的研制

介绍了一种用于氧化物薄膜制备的射频离子束辅助溅射镀膜设备,阐述了设备原理、组成、特点以及试验结果。通过使用射频离子源和射频中和器,解决了采用热灯丝离子源的同类设备中灯丝易被氧化的关键问题,适合于氧化物薄膜制备。

离子束表面加工设备及工艺研究

本文介绍了一种用于红外芯片金属化与刻蚀工艺的离子束表面加工设备。通过实验探索不同工艺角度下薄膜沉积速率与均匀性及刻蚀速率与均匀性的影响,结果表明薄膜沉积均匀性与刻蚀均匀性均优于3%。同时经过产线流片,红外芯片表面薄膜均匀性良好、一致性高,芯片电路图案刻蚀陡直性高、损伤低,满足红外芯片金属化与刻蚀工艺需求。

对CFETR射频负离子源缓冲器能量消耗的研究

在射频负离子源中性束放电实验过程中,由于电极表面和离子源腔体内部的状态变化,负载端不可避免的会出现打火的现象。由于供电系统与传输线路间分布杂散电容储能的存在,打火瞬间离子源电极会承受高幅值的瞬时电流与巨大的焦耳能量冲击,从而造成极板永久性的损坏。为了保护中性束注入核心部件长久可靠的运行,国内外针对抑制上述打火的情况普遍采用在离子源前段添加磁性缓冲器(core snubber)的手段。本文利用有限元模拟软件Ansoft Maxwell对CFETR射频负离子源所采用的缓冲器进行了磁体能量损耗过程分析,同时分析其二次辅助电路在打火状态下的电压电流情况。

射频离子源束流特性分析

介绍了为HL-2A装置设计的引出束功率为1MW的射频离子源研制情况。目前,在测试平台上,该离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35ke V和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms的氢离子束,达到了其设计束功率的44%。用红外热成像的方法测量了离子束能量密度分布。结果表明,在距离引出系统地电极1.3m处,束密度分布遵循高斯分布。引出束的最佳导流系数为1.689×10–6A?V-3/2左右,随射频功率改变有较小的变化。根据这些实验结果,采取了相关改进措施来改善离子源的引出束性能。

EAST中性束注入射频离子源放电模拟研究

中性束注入加热是核聚变中非常重要的一种辅助加热手段,离子源所能达到的性能决定了东方超环(Experimental Advanced Superconducting Tokamak, EAST)中性束注入所能达到的指标。为了实现长脉冲和高功率加热的需求,采用射频离子源取代传统的热阴极离子源已成为未来离子源发展的一种趋势。本文对射频离子源的结构设计和放电特性进行了理论模拟研究,给出了线圈匝数、匝间距、驱动器尺寸、放电气压和射频功率等参数与等离子体参数间的关系,为接下来射频离子源的研制和实验奠定一定的理论基础。

10cm×30cm矩形射频离子束源的研制

本文介绍了射频(Radiofrequency,RF)感应耦合等离子体(Inductivecoupleplasma,ICP)离子束源的设计研究。该射频离子束源可工作于Ar,在使用四栅引出系统时,可获得100—1000eV的离子束。当射频功率为900W,在Ar为工作气体时,束流可达到600mA。在束流为120mA时,距源26cm处,在主轴方向27cm的范围内不均匀性小于±6%。该离子束源可作为大面积离子束刻蚀、离子束抛光等的离子束源。

基于射频功率调节的负离子源束流反馈控制研究

基于射频负离子源的中性束注入系统是高功率长脉冲(稳态)运行中性束注入系统的最佳选择。负离子源是中性束注入系统的核心部件,需要实现稳定的负离子束引出和加速。在负离子源的运行过程中引出负离子电流会发生变化,尤其在长脉冲、高能量运行条件下会更加明显,因此无法满足稳定运行的要求。为了实现引出束流的稳定引出,开展了束流反馈控制研究,研发了一套基于射频功率调节的束流反馈控制系统,并将束流反馈控制系统应用在射频负离子源测试平台,开展了束流反馈控制测试。测试结果表明束流反馈控制系统能够实现对束流的实时反馈调节以获得束流的稳定引出,验证了基于射频功率调节的束流反馈控制的可行性,为高功率射频负离子源的研制提供支持。

射频等离子体发射光谱分析在分子束外延GaN生长中的应用

研究了射频等离子体辅助分子束外延生长GaN晶膜中氮等离子体的发射光谱。用非接触式测量方法———光谱法测定了等离子体特性。讨论了分子束外延生长系统参数的变化与等离子体发光光谱变化之间的联系 。

射频离子源离子束成分光谱测量

为HL-2A装置中性束注入器研制了引出束功率为1MW的射频离子源。在测试平台上,实验离子源已经成功引出了束能量和束电流分别为35ke V和12.4A、束质子比为79%、脉宽为100ms的氢离子束,达到了设计束功率要求的44%。在射频离子源实验平台上,利用多普勒频移光谱方法测量了离子源引出束流成分比例,对比了束流成分和射频离子源引出束流之间的关系。实验数据分析表明,在10A引出束流的情况下,离子流成分H+1、H+2和H+3分别为75%、18%和7%。并且当引出束流从3.3A升至10.4A时,H+1从37%升至78%,而H+3则从19%降至9%。

射频聚焦离子源熔石英高确定去除特性研究

在离子束抛光工艺过程中,材料确定性去除特性对预测光学元件的各工位材料去除量和驻留时间具有极其重要的作用。采用射频离子源对熔石英光学元件的离子束刻蚀特性进行了研究,利用ZYGO激光干涉仪获得准确的去除函数,系统分析了气体流量、屏栅电压、离子束入射角和工作距离等因素对熔石英去除函数的影响,并分析了各单一工艺因素微小扰动时,材料峰值去除率、半高宽和体积去除率的相对变化率。实验结果表明,相同工作真空条件下,工作气体质量流量的微小变化对去除函数影响极小,在典型的工艺条件下,屏栅电压在±5V、离子束入射角±1°、工作距离在±0.5mm范围内变化时,熔石英峰值去除率、体积去除率和峰值半高宽的相对变化均小于5%,去除函数具有较好的确定性和稳定性。

大功率射频离子源驱动器等效阻抗特性分析

离子源是中性束注入系统的核心部件之一,射频离子源具备稳态运行的能力,成为未来中性束用离子源的主要备选源。在射频离子源中,阻抗匹配的合理设计和有效调谐是实现高功率稳定等离子体放电的核心,而驱动器的等效阻抗决定了阻抗匹配网络的设计,故对其特性的分析是必不可少的。基于射频等离子体变压器模型建立了射频离子源驱动器等效阻抗计算的解析模型,通过计算获得了驱动器等效阻抗随等离子体电子密度的变化特性,为阻抗匹配网络的合理设计及阻抗匹配调谐提供了参考。该模型能够较为快速准确地计算得出不同气压下驱动器内的电子温度,得出的不同气压和电子密度下的等效阻抗变化特性也与同类射频离子源的计算结果相符合。

负离子源全固态大功率射频源功率控制策略分析

CRAFT NNBI负离子源中性束注入器需要大功率射频源为电感耦合方式的驱动线圈提供射频功率来产生等离子体.射频源的输出功率是影响射频离子源负离子束流参数的最直接因素,一种有效获得稳定负离子束流的方式就是调节射频源的输出功率.本研究依托于1 MHz/100 kW大功率全固态射频源,通过分析射频源的功率合成原理和功率控制策略,找到射频源功率控制分析思路和计算方法.推导出输出射频功率与投入功放模块的数量呈现二次关系,且随着输出功率增加功率调节精度呈下降趋势;在此基础上得到了射频源在不同输出功率下最小功率调节步长,并提出了输出功率线性化控制策略,最终验证了射频源的相关参数满足射频负离子源测试平台的使用需求.