Brevet FR2714789A1 — publié le 19950707

La présente invention concerne un dispositif pour former un plasma par application de micro-ondes. On connaît déjà les canons à ions qui permettent de produire un faisceau d'ions créé à partir d'un volume de gaz soumis à une excitation à haute fréquence. A cet effet, une antenne placée à l'intérieur du canon diffuse un champ électrique alternatif dans le volume de gaz présent dans le canon. Le gaz est ainsi ionisé. L'antenne est reliée, par l'intermédiaire d'un connecteur coaxial, à une ligne coaxiale qui véhicule l'énergie micro-ondes. Dans ces dispositifs connus, le connecteur coaxial présente une durée de vie relativement courte du fait qu'il est soumis, dans sa partie frontale, à des décharges de plasma qui sont susceptibles de 1 'endommager. En effet, du fait des décharges de plasma, il se forme, à la longue, sur le diélectrique du connecteur coaxial, un dépôt de matériau conducteur qui court-circuite la micro-onde. La présente invention vise à fournir un dispositif pour former un plasma par application de micro-ondes dans lequel le connecteur coaxial n'est pas soumis à une telle décharge de plasma. La présente invention a pour objet un dispositif pour former un plasma par application de micro-ondes comportant une chambre d'ionisation dans laquelle un gaz peut être introduit, une antenne métallique logée à l'intérieur de la chambre d'ionisation et raccordée à une ligne coaxiale véhiculant une énergie micro-ondes par l'intermédiaire d'un connecteur coaxial, caractérisé par le fait que l'antenne présente une longueur voisine d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde dans le vide de la micro-onde véhiculée par la ligne coaxiale. Dans le dispositif selon l'invention, le champ électrique est très faible, voire nul, dans le plan de sortie du connecteur coaxial, de sorte quil ne se forme pas de plasma dans cette région. Tout au plus, si un plasma apparaissait dans la région du plan de sortie du connecteur, sa densité serait si faible quil n'aurait pas ou très peu de conséquence sur la durée de vie du connecteur. Avantageusement, l'antenne est cylindrique et présente dans son environnement un diamètre tel que son impédance soit voisine de celle de la ligne coaxiale et de celle du connecteur coaxial, soit en général environ 50 ohms. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la chambre d'ionisation présente également une forme cylindrique et le diamètre de cette chambre d'ionisation est environ 2,3 fois plus grand que le diamètre de l'antenne. Selon un autre mode de réalisation de l'invention adapté à un dispositif pour former un plasma de grande dimension, l'antenne se présente sous la forme d'un enroulement hélicoïdal. Selon l'invention, la longueur développée de cet enroulement est égal à un multiple impair du quart de la longueur d'onde dans le vide de la micro-onde d'excitation. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant deux modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1, et - la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'un dispositif selon un second mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un canon à plasma dont le diamètre extérieur, si l'on souhaite obtenir une bonne homogénéité du plasma créé, ne doit pas excéder la demi-longueur d'onde de la micro-onde dans le vide, soit environ 6 cm, pour une fréquence de la micro-onde de 2,45 GHz. Le canon l comporte une chambre d'ionisation 2, de forme cylindrique, à l'intérieur de laquelle est logée une antenne 3, également cylindrique, concentrique à la chambre 2. Un gaz peut être introduit dans la chambre d'ionisation 2 par un conduit non représenté. Des aimants permanents 4 sont assujettis à la paroi extérieure de la chambre d'ionisation 2, à hauteur de l'antenne 3, comme on le voit sur la figure 2. Conformément à l'invention, l'antenne 3 est reliée par l'intermédiaire d'un connecteur coaxial 5 à une ligne coaxiale 6 qui vehicule une énergie micro-ondes. Conformément à l'invention, la longueur de l'antenne 3 est voisine d'un multiple impair du quart de la longueur d'onde dans le vide de la micro-onde d'excitation. De cette manière, le champ électrique alternatif diffusé par l'antenne 3 est presque nul au voisinage du connecteur 5, lequel est ainsi préservé du plasma qui pourrait l'endommager. Les aimants permanents 4 créent un champ magnétique qui, combiné au champ électrique alternatif, améliorent les conditions de formation du plasma par résonance électronique cyclotron. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, le diamètre de l'antenne 3 est environ 2,3 fois inférieur au diamètre de la chambre d'ionisation 2, ce qui assure une bonne homogénéité du champ électrique dans la chambre d'ionisation, une bonne adaptation de l'onde et un amorçage aisé de la décharge. Une optique d'extraction 7 permet de créer le faisceau d'ions issu de la chambre d'ionisation. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 3, le dispositif 8 comporte une chambre d'ionisation 9 dont le diamètre peut être sensiblement plus grand, par exemple compris entre environ 6 et 40 cm. Dans ce mode de réalisation, l'antenne 10 se présente sous la forme d'un enroulement hélicoïdal. Conformément à l'invention, la longueur développée de l'antenne 10 est voisine d'un multiple impair du quart de la longueur d'ondes dans le vide de la micro-onde d'excitation. Comme dans le mode de réalisation précédent, des aimants 4 permettent de créer une résonance électronique cyclotron. Il est bien entendu que les modes de réalisation qui viennent d'être décrits ne présentent aucun caractère limitatif et outils pourront recevoir toute modification désirable sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour former un plasma par application de micro-ondes comportant une chambre d'ionisation dans laquelle un gaz peut être introduit, une antenne métallique logée à l'intérieur de la chambre d'ionisation et raccordée à une ligne coaxiale véhiculant une énergie micro-ondes par l'intermédiaire d'un connecteur coaxial, caractérisé par le fait que l'antenne (3,10) présente une longueur voisine d'un multiple impair du quart de la longueur d'ondes dans le vide de la micro-onde véhiculée par la ligne coaxiale (6). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'antenne (3) est cylindrique. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le diamètre de l'antenne (3) est environ 2,3 fois plus petit que le diamètre de la chambre d'ionisation (2). 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'antenne se présente sous la forme d'un enroulement hélicoïdal (10).