KR102605372B1

KR102605372B1 - Microwave plasma generators and devices including them

Info

Publication number: KR102605372B1
Application number: KR1020220166493A
Authority: KR
Inventors: 이상주
Original assignee: 이상주
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2023-11-22

Abstract

본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마 생성기 및 이를 포함하는 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 생성기는, 마이크로파 발생수단; 상기 마이크로파 발생수단으로부터 마이크로파가 입력되는 도파관; 일단부가 상기 도파관을 관통하여 배치되며, 마이크로파가 유입 가능하게 형성되는 방전관; 상기 방전관의 타단부에 위치하는 그라운드 전극; 상기 방전관의 타단부 내에 삽입되며, 상기 그라운드 전극으로부터 이격되어 형성되는 고전압 전극; 상기 그라운드 전극과 상기 고전압 전극 사이에 배치되며 유전체 재질로 이루어지는 유전체부; 상기 고전압 전극에 교류 고전압을 인가하는 고전압 인가부; 및 상기 방전관의 타단부 내에 플라즈마 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a microwave plasma generator and a device including the same. The microwave plasma generator according to the present invention includes a microwave generating means; A waveguide through which microwaves are input from the microwave generating means; A discharge tube, one end of which penetrates the waveguide, is formed to allow microwaves to flow into it; a ground electrode located at the other end of the discharge tube; a high voltage electrode inserted into the other end of the discharge tube and formed to be spaced apart from the ground electrode; a dielectric portion disposed between the ground electrode and the high voltage electrode and made of a dielectric material; a high voltage application unit that applies an alternating high voltage to the high voltage electrode; and a source gas supply unit that supplies plasma source gas into the other end of the discharge tube.

Description

Microwave plasma generators and devices including them}

본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마 생성기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내구성과 경제성 측면에서 유리한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기 및 이를 포함하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave plasma generator, and more specifically, to a microwave plasma generator that is advantageous in terms of durability and economic efficiency, and a device including the same.

마이크로웨이브 플라즈마 토치는 점화부에서 발생한 전자와 이온을 마이크로웨이브에 공급하여 대면적의 플라즈마를 생성하는 장치이다.A microwave plasma torch is a device that generates large-area plasma by supplying electrons and ions generated from the ignition unit to a microwave.

이러한 마이크로웨이브 플라즈마 토치는 연료 개질, 유해한 반도체 부산물 제거, 합성물질 생산 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.These microwave plasma torches can be used in various fields such as fuel reforming, removal of harmful semiconductor by-products, and synthetic material production.

그런데 마이크로웨이브 플라즈마 토치는 초기 점화부가 없이는 플라즈마 생성이 되지 않는 문제점을 가지고 있어, 전도성 와이어(전극)를 방전관 내에 삽입하여 마이크로웨이브의 전기적 힘에 의해 전도성 와이어의 초기전자를 유도함으로써 플라즈마 점화를 수행하고 있다.However, the microwave plasma torch has the problem of not generating plasma without an initial ignition unit, so plasma ignition is performed by inserting a conductive wire (electrode) into the discharge tube and inducing initial electrons in the conductive wire by the electric force of the microwave. there is.

그러나 플라즈마 생성 후 방전관 내에서 전도성 와이어를 제거하지 않으면 전도성 와이어가 플라즈마에 노출되어 손상되며, 손상된 전도성 와이어는 교체해주어야 한다. 플라즈마 생성 후 전도성 와이어를 방전관 내에서 제거하기 위해서는 전도성 와이어를 피스톤에 의해 이동시키는 방법을 사용할 수 있는데, 특히 진공 상태에서는 전도성 와이어의 이동을 위해 고가의 장치가 필요하고 시스템의 크기 및 무게가 증가하게 되는 문제가 있다.However, if the conductive wire is not removed from the discharge tube after plasma generation, the conductive wire will be exposed to the plasma and be damaged, and the damaged conductive wire must be replaced. In order to remove the conductive wire from the discharge tube after plasma generation, a method of moving the conductive wire by a piston can be used. Especially in a vacuum, expensive devices are required to move the conductive wire and the size and weight of the system increase. There is a problem.

이를 해결하기 위해, 대한민국 등록특허 제10-2435691호의 '전자파 플라즈마 토치의 점화기 및 이를 이용하는 전자파 플라즈마 토치'에서는 방전관 외부에 전도성 링을 위치시키고 고전압 선을 통해 순간적 스파크를 발생시켜 마이크로웨이브를 점화하고 있다.To solve this problem, in Korea Patent No. 10-2435691, 'Igniter of electromagnetic plasma torch and electromagnetic plasma torch using the same', a conductive ring is placed outside the discharge tube and an instantaneous spark is generated through a high voltage line to ignite the microwave. .

하지만 환형의 전도성 링을 제작하기 위해서는 제작 단가가 높아지고, 이러한 전도성 링을 기존에 설치되어 있는 마이크로웨이브 플라즈마 토치에는 적용하기 어려우며, 추가 비용이 발생하는 문제점이 있다.However, in order to manufacture a circular conductive ring, the manufacturing cost is high, it is difficult to apply such a conductive ring to an existing microwave plasma torch, and additional costs are incurred.

KRKR 10-135932010-1359320 B1B1 KRKR 10-243569110-2435691 B1B1

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내구성과 유지관리 측면에서 유리한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기 및 이를 포함하는 장치를 제공함에 있다.Accordingly, the purpose of the present invention is to solve such conventional problems and provide a microwave plasma generator and a device including the same that are advantageous in terms of durability and maintenance.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 마이크로파 발생수단; 상기 마이크로파 발생수단으로부터 마이크로파가 입력되는 도파관; 일단부가 상기 도파관을 관통하여 배치되며, 마이크로파가 유입 가능하게 형성되는 방전관; 상기 방전관의 타단부에 위치하는 그라운드 전극; 상기 방전관의 타단부 내에 삽입되며, 상기 그라운드 전극으로부터 이격되어 형성되는 고전압 전극; 상기 그라운드 전극과 상기 고전압 전극 사이에 배치되며 유전체 재질로 이루어지는 유전체부; 상기 고전압 전극에 교류 고전압을 인가하는 고전압 인가부; 및 상기 방전관의 타단부 내에 플라즈마 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급부;를 포함하는 마이크로웨이브 플라즈마 생성기에 의해 달성된다.The above object is achieved by, according to the present invention, means for generating microwaves; A waveguide through which microwaves are input from the microwave generating means; A discharge tube, one end of which penetrates the waveguide, is formed to allow microwaves to flow into it; a ground electrode located at the other end of the discharge tube; a high voltage electrode inserted into the other end of the discharge tube and formed to be spaced apart from the ground electrode; a dielectric portion disposed between the ground electrode and the high voltage electrode and made of a dielectric material; a high voltage application unit that applies an alternating high voltage to the high voltage electrode; and a source gas supply unit that supplies plasma source gas into the other end of the discharge tube.

상기 고전압 전극과 상기 유전체부는 관 형상으로 이루어지며, 상기 고전압 전극은 상기 유전체부 내에 삽입될 수 있다.The high-voltage electrode and the dielectric portion are formed in a tubular shape, and the high-voltage electrode can be inserted into the dielectric portion.

상기 소스 가스 공급부는, 상기 고전압 전극 내에 플라즈마 소스 가스를 공급할 수 있다.The source gas supply unit may supply plasma source gas into the high voltage electrode.

본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기는, 상기 방전관의 타단부를 감싸는 상태로 일단부가 상기 도파관에 고정되는 보호관을 더 포함하고, 상기 고전압 전극과 상기 유전체부는 상기 보호관의 타단부에 탈착 가능하게 결합할 수 있다.The microwave plasma generator according to the present invention further includes a protective tube whose one end is fixed to the waveguide while surrounding the other end of the discharge tube, and wherein the high voltage electrode and the dielectric portion are detachably coupled to the other end of the protective tube. You can.

본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기는, 상기 유전체부를 감싸는 홀더, 및 상기 홀더를 상기 보호관의 타단부에 탈착 가능하게 고정하는 체결부를 더 포함할 수 있다.The microwave plasma generator according to the present invention may further include a holder surrounding the dielectric portion, and a fastening portion for detachably fixing the holder to the other end of the protective tube.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기; 상기 방전관의 일단부와 연통하도록 배치되는 챔버; 및 상기 마이크로웨이브 플라즈마 생성기를 제어하는 제어부;를 포함하는 장치가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, the microwave plasma generator described above; a chamber arranged to communicate with one end of the discharge tube; and a control unit that controls the microwave plasma generator.

본 발명에 의한 장치는, 상기 챔버 내의 플라즈마를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.The device according to the present invention may further include a sensor that detects plasma in the chamber.

상기 센서에 의해 플라즈마가 감지되지 않으면 상기 제어부는 상기 고전압 인가부가 고전압을 인가하도록 제어하고, 상기 센서에 의해 플라즈마가 감지되면 상기 제어부는 상기 고전압 인가부가 고전압을 인가하지 않도록 제어할 수 있다.If plasma is not detected by the sensor, the control unit may control the high voltage applicator to apply a high voltage. If plasma is detected by the sensor, the control unit may control the high voltage applicator not to apply a high voltage.

본 발명에 의한 장치는, 상기 챔버 내의 압력을 조절하는 압력 조절기를 더 포함할 수 있다.The device according to the present invention may further include a pressure regulator that regulates the pressure within the chamber.

상기 압력 조절기는, 상기 챔버 내의 압력을 0.1 ~ 760torr로 조절할 수 있다.The pressure regulator can control the pressure in the chamber from 0.1 to 760 torr.

본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기는 초기 이온을 발생시키는 전극이 플라즈마에 의해 손상될 가능성이 적고, 손상되더라도 쉽게 교체할 수 있다.In the microwave plasma generator according to the present invention, the electrode that generates initial ions is less likely to be damaged by plasma, and even if damaged, it can be easily replaced.

또한, 방전관 타단부에 그라운드 전극, 고전압 전극, 유전체부 등을 적용하여, 기존의 일반적인 마이크로웨이브 플라즈마 생성기에도 쉽게 적용할 수 있다.In addition, it can be easily applied to an existing general microwave plasma generator by applying a ground electrode, a high voltage electrode, and a dielectric part to the other end of the discharge tube.

그리고 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기를 포함하는 장치는 센서를 통해 챔버 내의 플라즈마를 감지하여 챔버 내에서 플라즈마가 지속되도록 할 수 있다.In addition, a device including a microwave plasma generator according to the present invention can detect plasma in the chamber through a sensor and allow the plasma to continue in the chamber.

본 발명의 장치는 다양한 압력 조건에서 동작할 수 있으므로, 다양한 반응을 발생시킬 수 있다.Since the device of the present invention can operate under various pressure conditions, various reactions can occur.

도 1은 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기의 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기의 일부분을 확대한 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기를 포함하는 장치의 개략적인 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a microwave plasma generator according to the present invention;
Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the microwave plasma generator according to the present invention;
Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a device including a microwave plasma generator according to the present invention.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에는 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)의 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)의 일부분을 확대한 단면도가 도시되어 있다.Figure 1 shows a cross-sectional view of the microwave plasma generator 10 according to the present invention, and Figure 2 shows an enlarged cross-sectional view of a portion of the microwave plasma generator 10 according to the present invention.

본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)는 마이크로파 발생수단(100), 도파관(200), 방전관(300), 그라운드 전극(400), 고전압 전극(500), 유전체부(600), 고전압 인가부(700) 및 소스 가스 공급부(800)를 포함하여 이루어진다.The microwave plasma generator 10 according to the present invention includes a microwave generating means 100, a waveguide 200, a discharge tube 300, a ground electrode 400, a high voltage electrode 500, a dielectric portion 600, and a high voltage application portion. It includes (700) and a source gas supply unit (800).

마이크로파 발생수단(100)은 마이크로파를 발생시키는 역할을 하는 것으로서, 마그네트론, 순환기, 방향성 결합기 및 스터브 튜너 등 마이크로파를 발생시키기 위한 공지의 구성을 포함할 수 있다.The microwave generating means 100 serves to generate microwaves and may include known components for generating microwaves, such as a magnetron, circulator, directional coupler, and stub tuner.

도파관(200)은 마이크로파 발생수단(100)으로부터 마이크로파가 입력된다. 도파관(200)은 전도체 재질로 이루어지며, 단면이 납작한 사각형으로 이루어질 수 있다. 도파관(200)의 폭은 방전관(300) 방향으로 갈수록 줄어들 수 있다.Microwaves are input to the waveguide 200 from the microwave generating means 100. The waveguide 200 is made of a conductive material and may have a flat rectangular cross-section. The width of the waveguide 200 may decrease toward the discharge tube 300.

방전관(300)은 일단부가 도파관(200)을 수직하게 관통하여 배치되며, 마이크로파가 유입 가능한 재질로 이루어진다. 방전관(300)은 예를 들어 쿼츠 재질로 이루어질 수 있다.The discharge tube 300 has one end vertically penetrating the waveguide 200 and is made of a material that allows microwaves to enter. The discharge tube 300 may be made of, for example, quartz material.

그라운드 전극(400)은 방전관(300)의 타단부에 위치하고, 고전압 전극(500)와 유전체부(600)는 적어도 일부분이 방전관(300)의 타단부 내에 배치된다. 그라운드 전극(400) 또한 방전관(300)의 타단부 내부에 위치할 수 있다. 그라운드 전극(400)과 고전압 전극(500)은 서로 이격되어 배치되며, 그 사이에 유전체부(600)가 위치한다. 유전체부(600)는 쿼츠, 알루미나, 세라믹 등의 유전체 재질로 이루어진다.The ground electrode 400 is located at the other end of the discharge tube 300, and the high voltage electrode 500 and the dielectric portion 600 are at least partially disposed within the other end of the discharge tube 300. The ground electrode 400 may also be located inside the other end of the discharge tube 300. The ground electrode 400 and the high voltage electrode 500 are arranged to be spaced apart from each other, and the dielectric portion 600 is located between them. The dielectric portion 600 is made of a dielectric material such as quartz, alumina, and ceramic.

고전압 인가부(700)는 고전압 전극(500)에 교류 고전압을 인가한다.The high voltage applicator 700 applies an alternating current high voltage to the high voltage electrode 500.

그리고 소스 가스 공급부(800)는 방전관(300)의 타단부 내에 플라즈마 소스 가스를 공급한다.And the source gas supply unit 800 supplies plasma source gas into the other end of the discharge tube 300.

위와 같은 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)는 고전압 전극(500)에 교류 고전압이 인가되어 극의 방향이 계속해서 반전되므로 유전체부(600) 구성 입자들의 유전분극이 유도되어 고전압 전극(500)에 지속적으로 전자가 공급됨으로써 방전관(300) 내의 자유 전자가 가속되고, 가속된 자유 전자가 플라즈마 소스 가스를 이온화시키게 된다. 그리고 이온화된 가스에 마이크로파가 공급되면 대면적의 플라즈마가 발생하게 된다.In the microwave plasma generator 10 according to the present invention as described above, an alternating high voltage is applied to the high voltage electrode 500, and the direction of the pole is continuously reversed, so that dielectric polarization of the particles constituting the dielectric portion 600 is induced, and the high voltage electrode 500 ), free electrons in the discharge tube 300 are accelerated by continuously supplying electrons, and the accelerated free electrons ionize the plasma source gas. And when microwaves are supplied to the ionized gas, a large-area plasma is generated.

가속된 자유 전자에 의한 플라즈마 소스 가스의 이온화는 대기압, 상온 하에서도 이루어질 수 있기 때문에 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)에 의해서는 대기압, 상온 하에서 대면적의 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다.Since ionization of the plasma source gas by accelerated free electrons can be achieved even under atmospheric pressure and room temperature, it is possible to generate a large-area plasma under atmospheric pressure and room temperature using the microwave plasma generator 10 according to the present invention.

그리고 초기 이온의 발생부와 대면적 플라즈마의 발생부 사이에 간격이 있기 때문에 고전압 전극(500)에 대면적 플라즈마에 의한 손상이 발생할 가능성이 없고, 혹여나 손상이 발생한 경우에도 고전압 전극(500) 등이 도파관(200)이나 방전관(300)의 일단부에서 이격된 방전관(300)의 타단부 내에 위치하므로 고전압 전극(500) 등을 쉽게 교체하는 것이 가능하다.And since there is a gap between the initial ion generation area and the large-area plasma generation area, there is no possibility of damage to the high-voltage electrode 500 due to the large-area plasma, and even if damage occurs, the high-voltage electrode 500, etc. Since it is located in the other end of the discharge tube 300, which is spaced apart from one end of the waveguide 200 or the discharge tube 300, it is possible to easily replace the high voltage electrode 500, etc.

고전압 전극(500)과 유전체부(600)는 관 형상으로 이루어지고, 고전압 전극(500)은 유전체부(600) 내에 삽입될 수 있다. 그리고 그라운드 전극(400)은 유전체부(600)의 외부로 위치할 수 있다.The high voltage electrode 500 and the dielectric portion 600 are formed in a tubular shape, and the high voltage electrode 500 can be inserted into the dielectric portion 600. And the ground electrode 400 may be located outside of the dielectric portion 600.

이 경우, 고전압 전극(500)을 둘러싸는 유전체부(600)에 의해 고전압 전극(500)과 그라운드 전극(400) 사이가 확실하게 절연될 수 있고, 따라서 플라즈마 소스 가스를 확실하게 이온화시킬 수 있다.In this case, the high voltage electrode 500 and the ground electrode 400 can be reliably insulated by the dielectric portion 600 surrounding the high voltage electrode 500, and thus the plasma source gas can be reliably ionized.

고전압 전극(500)이 관 형상으로 이루어지는 경우, 소스 가스 공급부(800)는 고전압 전극(500) 내에 플라즈마 소스 가스를 공급할 수 있다. 고전압 전극(500) 내에 공급되는 플라즈마 소스 가스는 고전압 전극(500) 내에 위치하는 가속된 자유 전자와 충돌할 가능성이 높아 보다 효과적으로 이온화될 수 있다.When the high voltage electrode 500 has a tubular shape, the source gas supply unit 800 may supply plasma source gas into the high voltage electrode 500. The plasma source gas supplied into the high voltage electrode 500 has a high possibility of colliding with accelerated free electrons located within the high voltage electrode 500 and can be ionized more effectively.

본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)는 보호관(910)을 더 포함할 수 있다.The microwave plasma generator 10 according to the present invention may further include a protection tube 910.

보호관(910)은 방전관(300)의 타단부를 감싸는 상태로 일단부가 도파관(200)에 고정된다. 이러한 보호관(910)은 쿼츠 등의 재질로 이루어지는 방전관(300)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.The protective tube 910 surrounds the other end of the discharge tube 300 and one end is fixed to the waveguide 200. This protective tube 910 can prevent the discharge tube 300 made of a material such as quartz from being damaged.

고전압 전극(500)과 유전체부(600)는 보호관(910)의 타단부에 탈착 가능하게 결합할 수 있다.The high voltage electrode 500 and the dielectric portion 600 may be detachably coupled to the other end of the protective tube 910.

이에 따라, 고전압 전극(500)에 손상이 발생한 경우에 쉽게 고전압 전극(500)을 교체하는 것이 가능하다. 그리고 유전체부(600) 또한 쿼츠 등의 재질로 이루어져 쉽게 파손될 수 있는데, 파손시 유전체부(600)를 쉽게 교체할 수 있다.Accordingly, when damage occurs to the high voltage electrode 500, it is possible to easily replace the high voltage electrode 500. In addition, the dielectric portion 600 is also made of a material such as quartz and can be easily damaged. When damaged, the dielectric portion 600 can be easily replaced.

보다 구체적으로, 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)는 홀더(920)와 체결부(930)에 의해 고전압 전극(500)과 유전체부(600)를 보호관(910)의 타단부에 탈착 가능하게 결합시킬 수 있다.More specifically, the microwave plasma generator 10 according to the present invention is capable of attaching and detaching the high voltage electrode 500 and the dielectric portion 600 to the other end of the protection tube 910 by the holder 920 and the fastening portion 930. can be combined easily.

홀더(920)는 유전체부(600)를 감싸도록 형성되는 것으로서, 중심에 유전체부(600)가 통과하는 통과홀이 형성되어 유전체부(600)를 홀딩할 수 있다.The holder 920 is formed to surround the dielectric portion 600, and a through hole through which the dielectric portion 600 passes is formed in the center to hold the dielectric portion 600.

체결부(930)는 홀더(920)를 보호관(910)의 타단부에 탈착 가능하게 고정한다. 체결부(930)는 전체적인 형상이 짧은 관 형상으로 이루어지며, 일단부의 내주면 직경은 보호관(910)의 직경에 맞추어 형성되고 타단부의 내주면 직경은 홀더(920)의 직경에 맞추어 형성된다. 체결부(930)의 일단부를 보호관(910)에 끼우고 체결부(930)의 타단부에 홀더(920)를 삽입하면 홀더(920)를 보호관(910)에 고정할 수 있다. 체결부(930)와 보호관(910) 사이, 그리고 체결부(930)와 홀더(920) 사이에는 탄성적인 재질의 오링이 삽입되어 각 구성들의 결합을 밀실하게 할 수 있다.The fastening part 930 detachably fixes the holder 920 to the other end of the protection tube 910. The fastening part 930 has an overall shape of a short tube, and the inner peripheral diameter of one end is formed to match the diameter of the protective tube 910, and the inner peripheral diameter of the other end is formed to match the diameter of the holder 920. By inserting one end of the fastening part 930 into the protective tube 910 and inserting the holder 920 into the other end of the fastening part 930, the holder 920 can be fixed to the protective tube 910. An O-ring made of an elastic material is inserted between the fastening part 930 and the protective tube 910, and between the fastening part 930 and the holder 920, so that each component can be tightly coupled.

이러한 홀더(920)와 체결부(930)에 의해서는 홀더(920)를 보호관(910)에 고정시키는 것만으로 고전압 전극(500)과 유전체부(600)를 방전관(300)의 타단부 내에 정위치시키는 것이 가능하다.By using the holder 920 and the fastening portion 930, the high-voltage electrode 500 and the dielectric portion 600 can be positioned in the other end of the discharge tube 300 simply by fixing the holder 920 to the protection tube 910. It is possible to do so.

그리고 고전압 전극(500)과 유전체부(600)를 방전관(300)에 대해 쉽게 교체 및 고정할 수 있으므로, 다른 방식으로 초기 이온을 발생시키는 기존의 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)에서 초기 이온을 발생시키는 부분을 제거하고 본 발명을 용이하게 적용할 수 있다.And since the high voltage electrode 500 and the dielectric portion 600 can be easily replaced and fixed to the discharge tube 300, it is possible to generate initial ions in the existing microwave plasma generator 10 that generates initial ions in a different way. The part can be removed and the present invention can be easily applied.

보호관(910)은 그라운드 전극의 역할을 할 수도 있다.The protective tube 910 may also function as a ground electrode.

이하에서는 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)를 포함하는 장치(1)에 대해 설명한다.Hereinafter, the device 1 including the microwave plasma generator 10 according to the present invention will be described.

본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기를 포함하는 장치(1)에 대해 설명하면서 본 발명의 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)의 설명시 언급한 사항에 대해서는 자세한 설명을 생략할 수 있다.While describing the device 1 including the microwave plasma generator according to the present invention, detailed description of matters mentioned when describing the microwave plasma generator 10 of the present invention may be omitted.

도 3에는 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 생성기를 포함하는 장치(1)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.Figure 3 shows a schematic cross-sectional view of a device 1 comprising a microwave plasma generator according to the invention.

본 발명에 의한 장치(1)는 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10), 챔버(20) 및 제어부(30)를 포함하여 이루어진다.The device 1 according to the present invention includes a microwave plasma generator 10, a chamber 20, and a control unit 30.

마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)는 상기한 바와 같이 초기 이온에 마이크로파를 공급하여 대면적의 플라즈마를 발생시킨다.As described above, the microwave plasma generator 10 supplies microwaves to initial ions to generate a large-area plasma.

챔버(20)는 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)의 방전관(300) 일단부와 연통하도록 배치되어, 방전관(300)의 일단부로부터 발생하는 대면적의 플라즈마가 챔버(20) 내 위치하게 된다. 챔버(20)는 장치(1)의 기능에 따라 크기와 형상이 다양할 수 있으며, 방전관(300)과의 연결부 외에도 연료, 처리 대상 물질, 프리커서 등을 공급하기 위한 연결부를 구비할 수 있다.The chamber 20 is arranged to communicate with one end of the discharge tube 300 of the microwave plasma generator 10, so that a large-area plasma generated from one end of the discharge tube 300 is located within the chamber 20. The chamber 20 may vary in size and shape depending on the function of the device 1, and may be provided with a connection for supplying fuel, substances to be treated, precursors, etc. in addition to a connection with the discharge tube 300.

제어부(30)는 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)를 제어한다. 구체적으로 동작 초기에는 고전압 인가부(700)가 고전압 전극(500)에 교류 고전압을 인가하고 소스 가스 공급부(800)가 플라즈마 소스 가스를 공급하도록 제어하여 초기 이온을 발생시키며, 마이크로파 발생수단(100)이 마이크로파를 발생시키도록 제어하여 대면적의 플라즈마를 발생시킨다. 그리고 대면적의 플라즈마 발생한 후에는 고전압 인가부(700)로 자유 전자를 가속시키지 않더라도 플라즈마가 유지될 수 있으므로 고전압 인가부(700)의 동작이 중단되도록 제어한다.The control unit 30 controls the microwave plasma generator 10. Specifically, at the beginning of operation, the high voltage application unit 700 applies an alternating high voltage to the high voltage electrode 500 and controls the source gas supply unit 800 to supply plasma source gas to generate initial ions, and the microwave generation means 100 By controlling the generation of these microwaves, a large-area plasma is generated. And, after a large-area plasma is generated, the plasma can be maintained even if free electrons are not accelerated by the high voltage application unit 700, so the operation of the high voltage application unit 700 is controlled to stop.

본 발명에 의한 장치(1)는 센서(40)를 더 포함할 수 있다.The device 1 according to the present invention may further include a sensor 40.

센서(40)는 챔버(20) 내의 플라즈마를 감지하는 역할을 한다. 센서(40)의 센싱값은 제어부(30)로 전송되어 제어부(30)가 마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)를 제어할 수 있도록 한다. 센서(40)는 예를 들어, 빛 감지 센서로서, 플라즈마에서 발생하는 빛을 감지하여 플라즈마를 감지할 수 있다.The sensor 40 serves to detect plasma within the chamber 20. The sensing value of the sensor 40 is transmitted to the control unit 30 so that the control unit 30 can control the microwave plasma generator 10. For example, the sensor 40 is a light detection sensor and can detect plasma by detecting light generated from the plasma.

대면적의 플라즈마를 발생시킨 후, 임피던스가 매칭되지 않거나 플라즈마 소스 가스가 변동되는 등의 현상에 의해 플라즈마가 유지되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.After generating a large-area plasma, problems may occur in which the plasma cannot be maintained due to phenomena such as impedance mismatch or changes in the plasma source gas.

장치(1)가 동작하는 중에 센서(40)에서 챔버(20) 내의 플라즈마가 유지되지 않는 것을 감지하면 제어부(30)는 고전압 인가부(700)가 교류 고전압을 다시 인가하도록 제어한다. 이에 의해, 다시 초기 이온을 발생시켜 대면적 플라즈마를 발생시킬 수 있다.When the sensor 40 detects that the plasma in the chamber 20 is not maintained while the device 1 is operating, the control unit 30 controls the high voltage application unit 700 to reapply the alternating current high voltage. As a result, initial ions can be generated again to generate a large-area plasma.

그리고 다시 센서(40)에서 챔버(20) 내의 플라즈마가 발생한 것을 감지하면 제어부(30)는 고전압 인가부(700)가 교류 고전압을 다시 인가지 않도록 제어한다.Then, when the sensor 40 detects that plasma has been generated in the chamber 20 again, the control unit 30 controls the high voltage application unit 700 not to apply the alternating current high voltage again.

본 발명에 의한 장치(1)는 압력 조절기(50)를 더 포함할 수 있다.The device 1 according to the present invention may further include a pressure regulator 50.

압력 조절기(50)는 챔버(20) 내의 압력을 조절하는 역할을 한다. 압력 조절기(50)는 예를 들어, 챔버(20) 내의 압력을 0.1 ~ 760torr로 조절한다.The pressure regulator 50 serves to regulate the pressure within the chamber 20. The pressure regulator 50 adjusts the pressure within the chamber 20 to, for example, 0.1 to 760 torr.

이에 따라, 챔버(20) 내에서 다양한 반응을 발생시키는 것이 가능하다.Accordingly, it is possible to generate various reactions within the chamber 20.

마이크로웨이브 플라즈마 생성기(10)가 대기압 하에서도 대면적 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, 챔버(20)가 대기압인 상태에서 장치(1)가 동작할 수 있음은 당연하다.Since the microwave plasma generator 10 can generate a large-area plasma even under atmospheric pressure, it is natural that the device 1 can be operated while the chamber 20 is at atmospheric pressure.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It is considered to be within the scope of the claims of the present invention to the extent that anyone skilled in the art can make modifications without departing from the gist of the invention as claimed in the claims.

1 : 마이크로웨이브 플라즈마 생성기를 포함하는 장치
10 : 마이크로웨이브 플라즈마 생성기
20 : 챔버
30 : 제어부
40 : 센서
50 : 압력 조절기
100 : 마이크로파 발생수단
200 : 도파관
300 : 방전관
400 : 그라운드 전극
500 : 고전압 전극
600 : 유전체부
700 : 고전압 인가부
800 : 소스 가스 공급부
910 : 보호관
920 : 홀더
930 : 체결부1: Device including a microwave plasma generator
10: Microwave plasma generator
20: chamber
30: control unit
40: sensor
50: pressure regulator
100: Microwave generation means
200: waveguide
300: discharge tube
400: Ground electrode
500: high voltage electrode
600: Dielectric part
700: High voltage applicator
800: Source gas supply unit
910: protection pipe
920: Holder
930: fastening part

Claims

Microwave generating means;
A waveguide through which microwaves are input from the microwave generating means;
A discharge tube, one end of which penetrates the waveguide, is formed to allow microwaves to flow into it;
a ground electrode located at the other end of the discharge tube;
a high voltage electrode inserted into the other end of the discharge tube and formed to be spaced apart from the ground electrode;
a dielectric portion disposed between the ground electrode and the high voltage electrode and made of a dielectric material;
a high voltage application unit that applies an alternating high voltage to the high voltage electrode; and
It includes a source gas supply unit that supplies plasma source gas to the other end of the discharge tube,
It further includes a protective tube whose one end is fixed to the waveguide while surrounding the other end of the discharge tube,
A microwave plasma generator, characterized in that the high voltage electrode and the dielectric portion are detachably coupled to the other end of the protective tube.

According to paragraph 1,
The high-voltage electrode and the dielectric portion are formed in a tubular shape,
A microwave plasma generator, characterized in that the high voltage electrode is inserted into the dielectric portion.

According to paragraph 2,
The source gas supply unit is a microwave plasma generator, characterized in that it supplies plasma source gas into the high voltage electrode.

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According to paragraph 1,
A holder surrounding the dielectric portion, and
A microwave plasma generator further comprising a fastening part for detachably fixing the holder to the other end of the protection tube.

A microwave plasma generator according to any one of claims 1 to 3 and 5;
a chamber arranged to communicate with one end of the discharge tube; and
A device comprising a control unit that controls the microwave plasma generator.

According to clause 6,
A device further comprising a sensor that detects plasma in the chamber.

In clause 7,
If plasma is not detected by the sensor, the control unit controls the high voltage application unit to apply a high voltage,
When plasma is detected by the sensor, the control unit controls the high voltage application unit not to apply high voltage.

In clause 7,
The device further comprises a pressure regulator that regulates the pressure in the chamber.

According to clause 9,
The pressure regulator is a device characterized in that it adjusts the pressure in the chamber from 0.1 to 760 torr.