Brevet FR2668676A2 — publié le 19920430

FR 2668676 A2 19920430 FR 9013645 A 19901031 DISPOSITIF PERFECTIONNE POUR L'APPLICATION DE kICRO-ONDES L'invention concerne un dispositif pour l'application de micro-ondes du type de celui visé à l'une des revendications l à 8 du brevet principal. Elle vise à fournir un dispositif perfectionné permettant d'améliorer les conditions d'irradiation du matériau, et en particulier l'uniformité de celle-ci. Par "matériau", on entend toute riiatière sous forme solide, liquide ou gazeuse une application du dispositif conforme à la présente invention est en particulier l'irradiation d'un gaz rare en vue d'engendrer un plasma. Le dispositif visé dans le brevet principal est réalisé à partir de modules constituant chacun une cavité résonnante et comprenant deux flasques circulaires en regard en un matériau électrique n e n t conducteur, une ouverture centrale ménagée dans au moins un des flasques pour le passage du matériau à traiter, une paroi périphérique sensiblement cylindrique en un matériau électriquement conducteur reliant ces flasques de façon à former une boîte f e r 'né e, une lumière d'entrée ménagée dans ladite paroi périphérique en vue de l'alimentation de la cavité en micro-ondes, et un tronçon externe de guide d'ondes, couplé à la cavité résonnante au niveau de ladite lumière et adapté pour être relié à une source de micro-ondes.Selon la présente invention, chaque module comprend une paroi intérieure de diamètre inférieur à celui de la paroi périphérique, ladite paroi intérieure en un matériau électriquement conducteur étant pourvue, d'une part, d'une fenêtre de couplage avec la lumière d'entrée, d'autre part, de fentes rayonnantes adaptées pour irradier sur le périmètre de ladite paroi intérieure. L'irradiation du matériau est ainsi réalisée de façon sensiblement homogène autour de l'axe de la cavité résonnante, sans direction préférentielle (notamment selon l'axe d'arrivée du tronçon du guide d'onde d'alimentation). La paroi intérieure précitée est de préférence cylindrique d'axe coïncidant avec celui de la paroi périphérique. Les fentes rayonnantes de la paroi intérieure sont avantageusement parallèles à l'axe commun desdites parois intérieure et périphérique. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la paroi intérieure s'étend entre les deux flasques du module et est fixée à ceux-ci autour de leur ouverture, les fentes rayonnantes et fenêtre de couplage étant ménagées sensiblement sur toute la hauteur de ladite paroi intérieure. Conformément au brevet principal, chaque module est avantageusement muni d'au moins un manchon extérieur par lequel arrive le matériau et qui, le cas échéant, sert également à assembler le module à un module voisin. La paroi intérieure peut alors être située sensiblement dans le prolongement de ce manchon. Par ailleurs, le nodule possède de préférence les caractéristiques suivantes, qui permettent d'accroître l'homogénéité de répartition du champ dans la cavité - la fenêtre de couplage est située en regard de la lumière d'entrée et présente une largeur inférieure à celle de ladite lumière d'entrée, - la paroi intérieure comprend, d'une part, une première fente rayonnante située en position diamétralement opposée par rapport à la fenêtre de couplage, d'autre part, deux fentes rayonnantes situées d'un côté et de l'autre de la première fente à une distance le long de la paroi sensiblement égale à / /2 où 4 est la longueur d'onde à l'intérieur de la cavité, - chaque module est dimensionné de sorte que la cavité résonnante qu'il forne résonne dans le vide selon le mode Tu020, le diamètre D de sa paroi périphérique étant sensiblement égal à un nombre impair de demi-longueur d'onde (2n + 1) //2 avec n > 1, cependant que le diamètre -d- de la paroi intérieure est sensiblement égal à (2n - 1) //2 Le module défini ci-dessus peut être utilisé en association avec d'autres modules en nombre fonction de l'application envisayée ; il peut le cas échéant être utilisé seul, en particulier pour le traitement d'un gaz rare en vue de réaliser un plasma. La description qui suit en référence aux dessins annexés présente un mode de réalisation de module conforme à l'invention et une variante ; sur ces dessins - la figure 1 est une vue en perspective d'un module conforme à l'invention, - la figure 2 en est une vue schématique en perspective avec arraché partiel, - la figure 3 en est une coupe par un plan horizontal perpendiculaire à I axe du module, - la figure 4 en est une coupe par un plan vertical passant par l'axe, - la figure 5 est une coupe par un plan vertical axial d'une variante de module, plus particulièrement destinée à l'irradiation d'un gaz rare. Le dispositif d'application de micro-ondes visé par l'invention peut être réalisé à partir d'un module tel que représenté aux figures 1 à 4. Ce module comprend une cavité résonnante 1 formée par une boîte fermée en acier inoxydable, délimitée par deux flasques circulaires plats 2 et 3 qui sont situés en regard et par une paroi périphérique cylindrique 4 qui s'étend sur tout le pourtour des flasques et est soudée sur ceux-ci. Le diamètre D de ladite boîte est prévu égal à 3 / oh / est la longueur d'onde dans la cavité. En une zone de son pourtour, la paroi périphérique 4 est dotée d'une lumière 4a en l'exemple de forme rectangulaire, par laquelle un tronçon de guide d'ondes 5, de section rectangulaire, est couplé à la cavité résonnante 1. Ce tronçon de guide est pourvu à son extrémité d'une bride 6, en vue de permettre de relier ledit tronçon à une source de micro-ondes. Le tronçon 5 possède une section rectangulaire adaptée à la longueur d'onde de ladite source. La lumière 4a présente une forme correspondant à cette section de façon que le guide 5 s'ouvre directement dans la cavité résonnante I, sensiblement par toute sa section. La hauteur h de la cavité est au moins égale à la hauteur du guide 5. Cette hauteur h n'est pas critique en pratique et peut être ajustée en fonction de la densité de puissance à appliquer au matériau à traiter. En outre, les flasques 2 et 3 sont percés, en leur centre, d'ouvertures 2a et 3e qui en l'exemple sont de forme circulaire. Le diamètre de chaque ouverture est prévu sensiblement égal à X /2 En l'exemple, le flasque 3 est équipé autour de son ouverture 3a d'un manchon externe 7 de section circulaire. Le flasque 2 est doté autour de son ouverture de moyens d'assemblage tels que goujons 9 extérieurement soudés sur ledit flasque. Par ailleurs, le module est doté d'une paroi intérieure 21 en acier inoxydable, de forme circulaire, qui s'étend entre ses flasques 2 et 3 et est fixée sur ceux-ci autour de leur ouverture dans le prolongement du manchon 7. Cette paroi présente un diamètre d = X/2 et son axe coïncide avec celui de la paroi périphérique 4. Cette paroi intérieure est dotée d'une fenêtre de couplage 22 avec le tronçon de guide d'ondes S cette fenêtre s'étend sur la hauteur de la paroi et est située en regard de la lumière d'entrée 4a. Elle présente une largeur inférieure à celle de ladite lumière, fonction du matériau à traiter (en particulier de l'ordre de la moitié de la largeur de ladite lumière). De plus, la paroi intérieure 21 est pourvue de fentes rayonnantes 23a, 23b et 23c ; ces fentes au nombre de trois en l'exemple sont parallèles à l'axe de ladite paroi et s'étendent sur toute la hauteur de celle-ci. En l'exemple, une première fente 23 a est située en position diamétralement opposée par rapport à la fenêtre de couplage 22, cependant que les deux autres fentes sont situées d'un côté et de l'autre de la première fente à une distance -f- le long de la paroi circulaire sensiblement égale à wf /2 La cavité résonnante formée par la boîte 2, 3, 4 et sa paroi intérieure 21 résonne dans le vide sur le mode Tii020. La paroi intérieure 21 avec sa fenêtre de couplage 22 et ses fentes rayonnantes 23a, 23b, 23c supprime la direction préférentielle d'irradiation selon l'axe du guide 5 et améliore considérablement l'homogénéité du champ interne et donc l'homogénéité de traitement du matériau. La figure 5 présente une variante de module, plus particulièrernent destiné à l'irradiation d'un gaz rare (argon, néon...) pour ioniser celui-ci et engendrer un plasma. La structure du module est similaire à celle du module précédent, mais l'ouverture du flasque inférieur est fermée par un disque d'obturation 24 qui peut servir de support au produit appelé à être plongé dans le plasma (circuit micro-électronique par exemple). En outre, le manchon supérieur 25 est fermé et doté d'un conduit 26 d'arrivée de gaz rare dans une enceinte à vide 27 en matériau transparent aux micro-ondes (schématisée en traits discontinus à la figure 5). REVENDICATIONS 1/ - Dispositif pour l'application de microondes en vue du traitement drun matériau, ledit dispositif étant conforme à l'une des revendications 1 à 8 du brevet principal et comprenant au moins un module constituant une cavité résonnante (1) et comportant deux flasques circulaires en regard (2, 3) en un rnatériau électriquement conducteur, une ouverture centrale (2a, 3a) ménagée dans au moins un des flasques pour le passage du matériau à traiter, une paroi périphérique sensiblement cylindrique (4) en un matériau électriquement conducteur reliant ces flasques de façon à former une boîte fermée de diamètre interne D, une lumière d'entrée (4a) ménagée dans ladite paroi périphérique en vue de l'alimentation de la cavité en micro-ondes, et un tronçon externe de guide d'ondes (5), couplé à la cavité résonnante au niveau de ladite lumière (4a) et adapté pour être relié à une source de micro-ondes de fréquence F prédéterminée correspondant à une longueur d'onde of dans la cavité, ledit dispositif étant caractérisé en ce que chaque module comprend une paroi intérieure (21) de diamètre inférieur à celui de la paroi périphérique (4), ladite paroi intérieure en un matériau électriquement conducteur étant pourvue, d'une part, d'une fenêtre (22) de couplage avec la lumière d'entrée (4a), d'autre part, de fentes rayonnantes (23a, 23b, 23c) adaptées pour irradier sur le périmètre de ladite paroi intérieure. 2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi intérieure (21) est cylindrique, d'axe coïncidant avec celui de la paroi périphérique (4). 3/ - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fentes rayonnantes (23a, 23b, 23c) de la paroi intérieure sont parallèles à l'axe des parois intérieure et périphérique. 4/ - Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la paroi intérieure (21) s'étend entre les deux flasques (2, 3), les fentes rayonnantes (23a, 23b, 23c) et fenêtre de couplage (22) étant ménagées sensiblement sur toute la hauteur de ladite paroi intérieure. 5/ - Dispositif selon la revendication 4, dans lequel chaque module est muni d'au moins un manchon extérieur (7) situé autour de l'ouverture d'un des flasques (2, 3), caractérisé en ce que la paroi intérieure (21) est sensiblement située dans le prolongement dudit manchon. 6/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la fenêtre de couplage (22) est située en regard de la lumière d'entrée (4a) et présente une largeur inférieure à celle de ladite lumière d'entrée. 7/ - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi intérieure (21) comprend, d'une parut, une première fente rayonnante (23 a) située en position diamétralement opposée par rapport à la fenêtre de couplage (22), d'autre part, deux fentes rayonnantes (23b, 23c) situées d'un côté et de l'autre de la première fente à une distance le long de la paroi sensiblement égale à 8/ - Dispositif selon l'unie des revendications 1 à 7, dans lequel chaque rnodule est dimensionné de sorte que la cavité résonnante qu'il forme résonne dans le vide selon le mode Tel020, le diantre D de sa paroi périphérique (4) étant sensible; ;nent égal à un nombre impair de demi-longueur d'onde (2n + 1) //2 avec n > , 1, cependant que le diamètre -d- de la paroi intérieure (21) est sensiblement égal à (2n - 1) //2. 9/ - Application d'un module comportant les caractéristiques visées à l'une des revendications 1 à 8 pour l'irradiation d'un gaz rare en vue d'engendrer un plasma.