射频激光器控制系统设计

摘 要：射频电源是可以产生固定频率的正弦波、具有一定频率的高频电源，主要由射频信号源、射频功率放大器及阻抗匹配器组成，射频电源作为等离子体配套电源，广泛应用于半导体工艺设备、LED与太阳能光伏行业、科学实验中的等离子体发生、射频感应加热、医疗美容及常压等离子体消毒清洗等领域。本文梳理了国内外射频电源发展现状，重点分析电子管射频电源及晶体管射频电源的发展历程及主要技术区别，并详述国内外射频信号源、射频功率放大器及阻抗匹配器技术发展。在此基础上，对我国射频电源的发展提出合理性的建议。：

关键词：射频电源；射频信号源；功率放大器；阻抗匹配器;RF 激励 , CO 2 激光器

前言：射频电源是可以产生固定频率的正弦波、具有一定频率的高频电源，主要由射频信号源、射频功率放大器及阻抗匹配器组成，是等离子体配套电源。射频功率放大器被认为是射频电源的核心，因此射频功率放大器是制约射频电源发展的关键因素。射频电源由20世纪80年代的电子管射频电源发展到现在的晶体管射频电源，经历了漫长的发展过程。功率由瓦、百瓦、千瓦、到兆瓦，频率有2、13．56、27．12、40．68 MHz等。目前射频电源被广泛应用于半导体工艺设备、LED与太阳能光伏行业、科学实验中的等离子体发生、射频感应加热、医疗美容及常压等离子体消毒清洗等领域。

一、选题的目的及意义

随着微电子行业的迅速发展，以计算机控制的大功率射频电源在未来微电子行业上被广泛应用已经成为一种趋势。目前我国溅射台，蚀刻机等微电子设备上依然采用电子管射频电源，由于电子管射频电源存在体积大，转换效率低，寿命短等缺点，与国外微电子设备相比，其稳定性不在一个等级上，功率稳定性相差3—6倍，所以急需一种具有体积小，高功率的高效率射频电源来代替电子管的射频电源。

自 80年代初以来 ,射频 ( RF)激励高功率 CO 2 激光器的技术得到了飞速发展 ,尤其是对长寿命、结构紧凑的扩散冷却 CO 2 激光器 , RF激励更易于实现大面积均匀放电 , 因而更加受到人们的重视。

RF主要是指在 10～ 200 M Hz范围内的无线电电磁波、高频电磁波的传输是一个波过程 ,在不同阻抗的界面之间会产生反射。为了使 RF功率有效地注入到负载中 ,必须采用阻抗匹配技术。目前市场上的大功率 RF电源 ,其阻抗 Z s 一般为 50Psi;(或 75Psi;) ,只有当负载阻抗 Z 2 与Z s 相匹配时 ,负载上得到的功率才能达到最大。 但实际上 ,对激光器放电室来说 ,其负载阻抗与腔体结构、工作气体气压及放电状态等均有很大关系 ,通常可视为一个阻容性负载 ,一般需要采用一个匹配网络来实现负载的阻抗转换 ,达到与 RF源之间的阻抗匹配。现在国内外虽有许多 RF激励千瓦级 CO 2 激光器的有关报道,但没给出关于阻抗匹配网络参数的理论设计与分析。 本文从电磁波传播理论出发得到了高频电磁波传输过程中的等效阻抗匹配网络的设计与计算方法 ,并在此基础上用网络理论推导出了更为一般的匹配网络参数的计算公式 ,从而使阻抗匹配更加简便 ,对实际研究工作有帮助。

射频电源(RF)是目前微电子器件的核心部件，它的性能直接关系到整个设备的性能。固态射频电源使用的功率放大器是E级的MosFET，它是通过阻抗来匹配网络的，射频电源(RF)可以在500w的额定功率下达到百分之八十四的功率转换效率，血浆微电子设备真空腔室起动的阻抗变化范围是非常大，非常快的。