مفاعل البلازما بالموجات الصغرية هو نظام متخصص يستخدم في عمليات ترسيب البخار الكيميائي، خاصةً لتركيب مواد مثل الماس والأنابيب النانوية الكربونية والجرافين. ويستخدم هذا المفاعل طاقة الموجات الدقيقة بتردد 2.45 جيجا هرتز لتوليد بلازما داخل حجرة يتم التحكم فيها. تتشكل البلازما فوق طاولة الركيزة، بعيدًا عن أسطح المفاعل، ويمكن تعديل موضعها بالنسبة لنافذة الكوارتز الشفافة ذات الموجات الدقيقة لتحسين دارة الموجات الدقيقة.
شرح تفصيلي:
-
توليد الموجات الدقيقة وتكوين البلازما:
-
تم تجهيز المفاعل بمولد موجات ميكروويف يعمل بتردد 2.45 جيجاهرتز، وهو تردد شائع للتطبيقات الصناعية والعلمية. تنتقل الموجات الميكروية إلى داخل الحجرة الأسطوانية عبر موجه موجي مستطيل ومحول وضع. وداخل الغرفة، تخلق الموجات الدقيقة نمط مجال كهرومغناطيسي رنيني يسخن الغازات المتفاعلة ويثيرها، مما يؤدي إلى تكوين بلازما. وعادة ما تكون هذه البلازما كتلة على شكل كرة فوق الركيزة، وهو أمر بالغ الأهمية لعملية الترسيب.تسخين الركيزة والتحكم في الغازات:
-
يمكن تسخين الركائز في المفاعل بشكل مستقل عن توليد البلازما من خلال طرق مثل التسخين بالحث (حتى 1000 درجة مئوية) والتسخين المتحيز. ويسمح هذا التحكم المستقل بتنظيم درجة الحرارة بدقة أثناء عملية الترسيب. يتم إدخال الغازات المستخدمة في المفاعل من خلال أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ ويتم التحكم في معدلات تدفقها بواسطة مقياس تدفق الكتلة. وتدعم وحدة التحكم في الغازات MKS مجموعة متنوعة من الغازات بما في ذلك الهيدروجين والميثان والأسيتيلين والأرجون والنيتروجين والأكسجين وغيرها، وهي ضرورية لأنواع مختلفة من تخليق المواد.
-
تصميم المفاعل والتحديات:
-
يجب أن يعالج تصميم مفاعلات البلازما بالموجات الدقيقة العديد من التحديات بما في ذلك الهروب الحراري، وانهيار الجهد، والانحناء. ولتفادي هذه المشاكل، يجب أن يضمن تصميم المفاعل تحسين كثافة مجال الموجات الصغرية لمنع حدوث تقوس مع تقليل فقدان الحرارة إلى الحد الأدنى. وبالإضافة إلى ذلك، يجب تصميم المفاعل لمنع دخول الغبار إلى نظام الدليل الموجي وتجنب الزوايا والحواف الحادة التي يمكن أن تؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الموضعي والانحناء. كما أن إجراءات الضبط المناسبة ضرورية أيضًا لمنع اقتران القوس مع الطاقة المنعكسة.أنواع مفاعلات البلازما بالموجات الدقيقة:
بمرور الوقت، تم تطوير أنواع مختلفة من مفاعلات البلازما بالموجات الصغرية، ولكل منها أشكال هندسية مختلفة مصممة لتعزيز استيعاب طاقة الموجات الصغرية. وتتراوح هذه الأنواع من أنواع أنابيب الكوارتز البسيطة إلى هياكل أكثر تعقيدًا مثل الهياكل الإهليلجية والقبة ومتعددة الأنماط غير الأسطوانية ومرنان الهوائي الحلقي-الإهليلجي وأنواع العاكسات المخروطية. يهدف كل تصميم إلى تحسين القدرة على التركيز بالموجات الدقيقة وحماية النوافذ العازلة من الحفر بالبلازما وتعزيز القدرة على الضبط.
