組織の広範囲表面処理のためのプラズマデバイス
本開示は、内部電極および外部電極を含むプラズマデバイスを提供する。内部電極は、実質的に円筒形の管形状と、それを通して画定される開口とを有する。内部電極は、近位部を有する。外部電極は、実質的に円筒形の管形状を有する。外部電極は、内部電極の近位部の周囲で同軸上に配置される。誘電体スペーサは、内部電極と外部電極との間に配置されている実質的にトロイド状の形状を含む。内部電極および外部電極は、そこへイオン化媒体を供給するように構成されたイオン化媒体源へ連結されるように構成される。内部電極および外部電極は、プラズマデバイスにおいてイオン化媒体を着火してプラズマ流出物を形成するように構成されている電源へ連結するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、国際出願ＵＳ２００９／０４５７０８号（２００９年５月２９日出願、Ｍｏｏｒｅ他）を基礎とする優先権の利益を主張する。該出願は、米国仮出願第６１／０５７，６６７号（２００８年５月３０日出願、Ｍｏｏｒｅ他、名称「ＰＬＡＳＭＡ−ＢＡＳＥＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＳＯＵＲＣＥ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＥ ＴＨＥＲＥＯＦ」）を基礎とする優先権の利益を主張する。これらの出願の全内容が、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、表面加工および材料の除去または堆積のためのプラズマデバイスおよび加工に関する。特に、本開示は、選択された含有物に特有の励起状態化学種（例えば、励起光子）と共に、プラズマデバイス内の化学反応性のプラズマ生成された化学種を生成および方向付けるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の背景）
大気圧および大気圧に近い液体および気体等の密度の高い媒体内の放電により、適切な条件において、プラズマ形成を生じることができる。プラズマは、イオン、ラジカル、電子、励起状態（例えば、準安定）種、分子断片、光子等の大量の化学種を作成するための独自の能力を有する。プラズマ電子温度および電子密度を調節することにより、種々の内部エネルギー状態または外部運動エネルギー分散においてプラズマ化学種が生成され得る。さらに、プラズマの空間的、時間的および温度特性を調整することにより、プラズマ種および関連付けられた光子束によって照射される材料に特定の変化が生じる。プラズマは、プラズマ光子によって照射される生物学的および他の材料内の光化学および光触媒反応経路を開始するために十分なエネルギーを有する励起紫外光子を含む光子を生成することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマは、工業的、科学的および医療的ニーズへの代替的な解決策、特に、低温での加工品の表面加工を提供するための幅広い応用可能性を有する。プラズマは、加工品へと発され、これにより、プラズマが衝突する材料の特性に複数の変化を及ぼし得る。プラズマは、高い空間的、材料選択性、および時間的制御によって材料特性の変化を実行するために適した大きな放射束（例えば、紫外線）、イオン、光子、電子および他の励起状態（例えば、準安定）種を作成する、独自の能力を有する。プラズマは、加工品の明確な上部層を除去し得るが、加工品の別の下層についてはほとんどまたは全く効果がなく、プラズマは、混合する組織領域から特定の組織を選択的に除去するために、または異なる組織タイプの隣接する器官について最小限の影響で、組織を選択的に除去するために使用され得る。
【０００５】
一意の化学種のある適した応用は、特定の種類の材料のみの選択的な除去を提供するように、加工品におけるまたは加工品内の非平衡または選択的な化学反応を促進することである。かかる選択的な加工は、下層および隣接組織に対する選択性の差異をもって、低温での組織の切り取りおよび除去を可能にする、生物学的組織加工（例えば、混合または複数層組織）において、特に求められている。これは、移植手順中における、バイオフィルムの除去、脂肪および筋肉組織の混合物、表面層の創面切除、およびエポキシならびに他の非有機的材料の除去について特に有用である。
【０００６】
プラズマ種は、表面材料の揮発、気体化または溶解（例えば、エッチング）による、化学的結合の破壊、表面停止性種（例えば、表面機能化）の置換または交換によって、組織表面の化学的性質を修正できる。適正な技術、材料選択および条件により、付近の異なる種類の組織に影響を及ぼさずに、ある種類の組織を完全に除去できる。プラズマ条件およびパラメータの制御（Ｓパラメータ、Ｖ、Ｉ、Θ等を含む）により、一組の特定の粒子の選択を可能にし、これが、ひいては、材料除去または修正のための化学的経路の選択、ならびに、所望の組織タイプの除去の選択性を可能にする。本開示は、調節された形状、種々のプラズマ原料媒体、電極および電気励起パラメータの数および位置（例えば、電圧、電流、相、周波数、パルス条件等）を含む幅広い範囲の条件において、プラズマを作成するシステムおよび方法を提供する。
【０００７】
プラズマ放出を着火および維持する電気エネルギーの供給が、イオン化媒体および他のプラズマ原料と接触する実質的に導電性の電極を通じて送達される。本開示は、さらに、より高い電子温度およびより高い二次放射等のプラズマ運転の望ましい態様を改善および強化する特定の電極構造を利用する方法および装置を提供する。特に、本開示は、化学反応物質の制御された放出のための多孔質媒体を提供する。
【０００８】
プラズマ条件およびパラメータの制御により、一組の特定の粒子の選択が可能になり、これは、ひいては、材料の除去または修正、ならびに、所望の組織タイプの除去の選択性のための、化学的経路の選択を可能にする。本開示は、さらに、大気圧においてまたは大気圧付近で運転するプラズマを生成するためのシステムおよび方法を提供する。プラズマは、他のプラズマ種と連携して材料表面における反応を促進する電子を含む。材料表面へ送達される電子は、以降の反応における揮発を可能にする、結合の切断を含む種々の加工を開始できる。電子により促進された反応は、関連付けられる束と相乗的に作用し、それのみで作用している反応のいずれよりも大きい材料除去率を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一実施形態において、プラズマデバイスは、内部電極および外部電極を含む。内部電極は、実質的に円筒形の管形状を有し、内部電極を通って画定される開口を有する。内部電極は、近位部を有する。外部電極は、実質的に円筒形の管形状を有する。外部電極は、内部電極の近位部の周囲で同軸上に配置される。誘電体スペーサは、内部電極と外部電極との間に配置される実質的にトロイドの形状を含む。内部電極および外部電極は、そこへイオン化媒体を供給するように構成されるイオン化媒体源と連結するように構成される。内部電極および外部電極は、プラズマデバイスにおいてイオン化媒体を着火して、プラズマ流出物を形成するように構成される電源に連結するように構成される。
【００１０】
プラズマデバイスは、多孔質部材をさらに含み得る。多孔質部材は、内部電極の遠位端において内部電極と連結される。多孔質部材は、導電性多孔質材料から形成され、広範囲のプラズマ流出物を生成するために、導電性多孔質材料を通るプラズマ流出物を拡散するように構成される。外部電極は、内部電極の一部の周囲のみで配置され得る。
【００１１】
本開示のさらに別の実施形態において、イオン化媒体を受け取るように構成されたプラズマデバイスは、誘電体筐体と、第１の電極および第２の電極を含む。誘電体筐体は、実質的に円筒形の管形状を有し、それを通って画定される開口を有する。第１の電極および第２の電極は、誘電体筐体の開口内に配置され、所定の距離によって分離される。第２の電極は、導電性多孔質材料から形成され、広範囲プラズマ流出物を有するプラズマを形成するイオン化媒体を着火するように構成される。
【００１２】
第１の電極は、導電性金属から形成される実質的に円筒形のロッドであり得、誘電体筐体内で同軸上に配置され得る。プラズマデバイスは、第１の電極と第２の電極との間に配置された電極スペーサをさらに含み得る。電極スペーサは、第１の電極を誘電体筐体へ固定するように構成される。電極スペーサは、そこを通る第１の電極の挿入のために適合される中央開口を含む。電極スペーサは、中央開口の周囲で放射状に配置されるイオン化媒体の流量のための少なくとも１つの流動開口を含み得る。第１の電極は、少なくともその一部を覆う絶縁層を含む。絶縁層は、誘電体筐体と一体的に形成された絶縁層、および第１の電極上に堆積された誘電体コーティングから形成された絶縁層の少なくとも１つであり得る。第１の電極は、導電性多孔質材料から形成され得る。プラズマデバイスは、第１の電極と第２の電極との間に配置される誘電体スペーサを含み得る。誘電体スペーサは、多孔質誘電体材料から形成され得る。
【００１３】
本開示のさらに別の実施形態において、プラズマデバイスは、誘電体スペーサと、第１の電極および第２の電極とを含む。誘電体スペーサは、実質的にディスク様の形状を含み、かつ、そこへイオン化媒体を供給するように構成されるイオン化媒体源と結合するように構成される。誘電体スペーサは、イオン化媒体を拡散するように構成される多孔質誘電体材料から形成される。第１の電極および第２の電極は、誘電体スペーサ内に配置される。第１の電極および第２の電極は、プラズマデバイスにおいてイオン化媒体を着火して、プラズマ流出物を形成するように構成される電源に連結するように構成される。誘電体スペーサは、誘電体スペーサを通るイオン化媒体の流路を提供するように、少なくとも１つの開口を含み得る。第１の電極および第２の電極は、導電性金属から形成され、互に対して平行構成であり、誘電体スペーサの中心から等距離に配置され得る実質的に円筒形のロッドであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本特許の出願には、カラーで示される少なくとも１つの図を含む。カラーの図を有する本特許の複製は、要請に応じ、必要な料金を支払った上で、特許商標局によって提供される。本明細書に組みこまれ、かつ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本開示の例示的な実施形態を示し、上記に示される開示の一般的な記載および以下に記載される実施形態の詳細な説明と共に、本開示の原則を説明するために役立つ。
【図１】図１は、本開示に従うプラズマシステムの概略図である、
【図２Ａ】図２Ａは、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂ〜２Ｄは、図２Ａのプラズマデバイスの側面断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂ〜２Ｄは、図２Ａのプラズマデバイスの側面断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｂ〜２Ｄは、図２Ａのプラズマデバイスの側面断面図である。
【図３】図３は、図２Ａのプラズマデバイスの側面断面図である。
【図４】図４は、本開示に従う図２Ａのプラズマデバイスの前面断面図である。
【図５】図５は、本開示に従うプラズマデバイスの拡大断面図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態に従うプラズマデバイスの拡大断面図である。
【図７】図７は、本開示に従う図２Ａのプラズマデバイスの前面断面図である。
【図８】図８は、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図９】図９は、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１０】図１０は、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本開示に従う図１１Ａのプラズマデバイスの上面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本開示に従う図１１Ｂのプラズマデバイスの上面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本開示に従う図１２Ａのプラズマデバイスの上面図である。
【図１３】図１３は、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１４】図１４は、本開示の一実施形態に従うプラズマシステムの概略図である。
【図１５】図１５は、本開示に従うプラズマデバイスの側面断面図である。
【図１６】図１６は、本開示に従うプラズマデバイスの拡大側面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａおよび１７Ｂは、本開示に従う電子放射に関連するプロットである。
【図１７Ｂ】図１７Ａおよび１７Ｂは、本開示に従う電子放射に関連するプロットである。
【図１８Ａ】図１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃは、本開示に従うプラズマデバイスのいくつかの組織効果を示すチャートを示す。
【図１８Ｂ】図１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃは、本開示に従うプラズマデバイスのいくつかの組織効果を示すチャートを示す。
【図１８Ｃ】図１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃは、本開示に従うプラズマデバイスのいくつかの組織効果を示すチャートを示す。
【図１９】図１９は、本開示に従うプラズマ組織処理の方法のフローチャート図である。
【図２０】図２０は、本開示に従うプラズマ組織処理の別の方法のフローチャート図である。
【図２１】図２１は、本開示に従うプラズマ放出のグレイスケール写真を示す。
【図２２】図２２は、本開示に従う別のプラズマ放出のグレイスケール写真を示す。
【図２３】図２３は、本開示に従う図２１のプラズマ放出のカラー写真を示す。
【図２４】図２４は、本開示に従う図２２のプラズマ放出のカラー写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
プラズマは、適切なジェネレータ、電極、およびアンテナを使用して、無線周波数（「ＲＦ」、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚ）およびマイクロ波（「ＭＷ」、約０．１ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚ）帯を含む、約０．１ヘルツ（Ｈｚ）〜約１００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数で、直流（ＤＣ）電力または交流電流（ＡＣ）電力のどちらかとして送達される電気エネルギーを使用して生成される。励起周波数、加工品、および回路へ電気エネルギーを送達するために使用される電子回路の選択は、プラズマの多くの特性および要件に影響する。動作電圧、周波数および電流レベル（ならびに相）の選択は、電子温度および電子密度に影響を与えるため、プラズマ化学的生成、送達システムのパフォーマンスおよび電気励起回路の設計は相互に関連する。さらに、電気励起およびプラズマデバイスハードウェアの選択は、所与のプラズマシステムが、ホストプラズマの気体または液体媒体への新たな含有物の導入に対して、どのように動的に応答するかを決定する。動的な整合ネットワーク等の対応する電気駆動の動的な調整または電圧、電流、または励起周波数に対する調整は、電子回路からプラズマへの制御された電力送達を維持するように使用し得る。
【００１６】
最初に図１を参照すると、プラズマシステム１０が開示される。システム１０は、電源１４と連結されるプラズマデバイス１２、イオン化媒体源１６および前駆体源１８を含む。電源１４は、電力または整合インピーダンスをプラズマデバイス１２へ供給するためのいずれかの適した構成要素を含む。特に、電源１４は、いずれかの高周波数ジェネレータ、またはプラズマを生成するためにイオン化媒体を着火するために電力を生じさせることができる他の適した電源であり得る。プラズマデバイス１２は、組織へのプラズマの印加のための電気外科的ペンとして利用され得、電源１４は、約０．１ＭＨｚ〜約２，４５０ＭＨｚ、別の実施形態では約１ＭＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚである周波数において、デバイス１２に電力を供給するように適合された電気外科的ジェネレータであり得る。プラズマは、さらに、連続またはパルス直流電流（ＤＣ）電気エネルギーを使用することにより、着火され得る。
【００１７】
前駆体源１８は、デバイス１２へのその導入前に、前駆体原料をエアゾール化するように構成されるバブラーまたは噴霧器であり得る。前駆体源１８は、微小液滴または約１フェムトリットル〜約１ナノリットルの容量の前駆体原料の所定の微細な液滴量を生成できるインジェクタシステムであり得る。前駆体源１８は、さらに、微小流体デバイス、圧電ポンプ、または超音波噴霧器を含み得る。
【００１８】
システム１０は、デバイス１２を通る加工品「Ｗ」（例えば、組織）へのプラズマの流れを提供する。イオン化媒体および前駆体原料を含むプラズマ原料は、プラズマデバイス１２へ、それぞれ、イオン化媒体源１６および前駆体源１８によって供給される。運転中に、前駆体原料およびイオン化媒体は、プラズマデバイス１２へ提供され、プラズマ原料は、特定の励起種および準安定原子から、加工品「Ｗ」内またはその表面において所望の化学反応を促進するために内部エネルギーを送達するイオン、ラジカル、光子を含有するプラズマ流出物を形成するように着火される。原料は、図１に示されるように、また以下により詳細に記載されるように、プラズマ流出物の着火点の上流またはその中ほどの位置から（例えば、着火点において）混合され得る。
【００１９】
イオン化媒体源１６は、プラズマデバイス１２へイオン化原料を提供する。イオン化媒体源１６は、プラズマデバイス１２と連結され、貯蔵タンクおよびポンプを含み得る（明示的に図示せず）。イオン化媒体は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、クセノン、ラドン、二酸化炭素、窒素、水素、酸素およびそれらの混合物等の液体または気体、あるいは液体であり得る。これらおよび他の気体は、最初、印加時に気体化される液体の形態であり得る。
【００２０】
前駆体源１８は、プラズマデバイス１２へ前駆体原料を提供する。前駆体原料は、固体、気体または液体の形態のいずれかであり得、固体、液体（例えば、粒子または液滴）、気体、およびその組み合わせ等のいずれかの状態のイオン化媒体と混合され得る。前駆体源１８は、前駆体原料が液体である場合に、イオン化媒体と混合する前に気体状態に加熱できるように、ヒーターを含み得る。
一実施形態では、前駆体は、電源１４からの電気エネルギーによって着火される場合、またはイオン化媒体１６から形成される粒子（電子、光子、または制限されたおよび選択的な化学反応性の他のエネルギー伝達種）との衝突を実行する場合に、イオン、電子、励起状態（例えば、準安定）種、分子断片（例えば、ラジカル）等の、反応種を形成可能ないずれかの化学種であり得る。特に、適合される前駆体は、ハロゲン化アシル、アルコール、アルデヒド、アルカン、アルケン、アミド、アミン、ブチル、石炭酸、シアン酸塩、イソシアン酸塩、エステル、エーテル、エチル、ハロゲン化合物、ハロアルカン、ヒドロキシル、ケトン、メチル、硝酸塩、ニトロ、ニトリル、亜硝酸塩、ニトロソ、過酸化物、ヒドロペルオキシド、酸素、水素、窒素、およびその組み合わせ等の種々の反応性官能基を含み得る。実施形態において、化学的前駆体は、ジクロロメタン、トリクロロメタン、四塩化炭素、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、四フッ化炭素等、過酸化炭素、アセトン過酸化物、ベンゾイル過酸化物等のハロゲン化アルキル、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等の過酸化物、プロピレングリコール等のアルコール、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、アミン、アルキル、アルケン等のアルカリであり得る。かかる化学的前駆体は、実質的に純粋、混合された、または溶解可能な形態で適用され得る。
【００２１】
前駆体およびそれらの官能基は、加工品「Ｗ」の表面種（例えば、分子）と反応するように、表面へ送達され得る。言い換えると、官能基は、加工品「Ｗ」の既存の表面終端を修正または取り替えるために使用され得る。官能基は、それらの高い反応性およびプラズマによって付与される反応性のために、表面種と容易に反応する。さらに、官能基は、加工品へプラズマ分量を送達する前にも、プラズマ分量内で反応される。
【００２２】
プラズマ内で生成されるいくつかの官能基は、以降、表面上に堆積を形成する材料を合成するために、原位置で反応できる。この堆積は、細菌を刺激し、癒合（ｈｅａｌｉｎｇ）、殺菌するため、および親水性または流体特性を増加させるために使用され得る。さらに、特定の官能基の堆積は、表面を結合するために、または表面の結合を刺激するために、または物理的保護層として、所定の気体／液体拡散（例えば、気体透過を可能にするが液体交換をさせない）を実現するために、表面の封じ込めを可能にし得る。
【００２３】
前駆体源１８およびイオン化媒体源１６は、それぞれ、管類１３ａおよび１３ｂを介してプラズマデバイス１２と連結され得る。管類１３ａおよび１３ｂは、その近位端においてデバイス１２へイオン化媒体および前駆体原料の混合物を送達するために、管類１３ｃへ組み合わせられ得る。これにより、プラズマ原料、例えば、前駆体原料およびイオン化気体が、その内部の混合物の着火前に、同時にプラズマデバイス１２へ送達されることを可能にする。
【００２４】
別の実施形態では、イオン化媒体源１６および前駆体源１８は、原料の混合が着火点から上流のプラズマデバイス１２内で生じるように、それぞれ、例えば、第１の接続３１および第２の接続２９の別々の接続において、管類１３ａおよび１３ｂを介してプラズマデバイス１２と連結され得る。言い換えると、プラズマ原料は、着火点の近位で混合され、これは、加工品「Ｗ」上の各特定の表面処理のプラズマ流出物種の所望の混合を生じさせるためのプラズマ原料の着火前の、それぞれの源１６および１８とラズマデバイス１２との間のいずれかの点であり得る。
【００２５】
さらなる実施形態において、プラズマ原料は、例えば、着火点においてまたはプラズマ流出物の下流で、プラズマへ直接、流れの途中で混合され得る。特に、第１および第２の接続３１、２９は、前駆体原料およびイオン化媒体が混合時と同時に着火されるように、着火点においてデバイス１２と連結され得る（図１）。さらに、前駆体原料が着火点において混合される間、着火点の近位でデバイス１２へイオン化媒体が供給され得ることが考えられる。
【００２６】
さらなる例示的な実施形態において、イオン化媒体は、非混合状態で着火され得、前駆体は、着火されたプラズマに直接混合され得る。混合前に、プラズマ原料は、個別に着火され得る。プラズマ原料は、プラズマ原料の反応に役立ち、プラズマ流出物を生じさせる、デバイス１２を通る媒体の流れを生成するために、所定の圧力で供給される。本開示に従うプラズマは、通常の大気条件において、大気圧力でまたは大気圧力付近で生成される。
【００２７】
図１−３を参照すると、デバイス１２は、外部電極２３内の同軸上に配置された内部電極２２を含む。図２Ａに示されるように、外部電極２３は、その中に画定される開口２５（図３）を有する実質的に円筒形の管形状を有する。内部電極２２は、実質的に円筒形形状（例えば、ロッド形状）を有する。電極２２および２３は、金属および金属セラミック合成物等のプラズマの着火に適した導電性材料から形成され得る。一実施形態では、電極２２および２３は、その上に配置される自然酸化物または窒化化合物を含む導電性金属から形成され得る。
【００２８】
デバイス１２は、さらに、内部電極２２と外部電極２３との間に配置された電極スペーサ２７を含む。電極スペーサ２７は、内部電極２２と外部電極２３との間の同軸構成を提供するために、内部電極２２と外部電極２３との間のいずれかの点に配置され得る。電極スペーサ２７は、それを通した内部電極２２の挿入のために適合された中央開口４０と、デバイス１２を通るイオン化媒体および前駆体の流れを可能にするように、中央開口４０の周囲で放射状に配置される１つ以上の流動開口４２とを含む。電極スペーサ２７は、外部電極２３内に内部電極２２を固定するように、電極２２および２３に摩擦的に嵌め込まれ得る。別の実施形態では、電極スペーサ２７は、内部電極２２上に摺動可能に配置される。例示的な一実施形態において、電極スペーサ２７は、内部電極２２と外部電極２３との間の静電結合を提供するように、セラミック等の誘電体材料から形成され得る。
【００２９】
図２Ｂに示されるように、内部電極２２の遠位端は、外部電極２３の遠位端を過ぎて延在し得る。別の実施形態では、図２Ｃおよび２Ｄに示されるように、内部電極２２は、外部電極２３によって完全に包囲され得る。特に、内部電極２２の遠位端は、外部電極２３の遠位端と同一平面であり得る（図２Ｃ）。さらなる実施形態において、内部電極２２は、外部電極２３内に後退され得る。（例えば、内部電極２２の遠位端は、図２Ｄに示されるように開口２５内にある）。
【００３０】
外部電極２３に対する内部電極２２の延在距離は、電極２２および２３の間の所望の空間的関係を実現するように調整され得る。一実施形態では、電極スペーサ２７は外部電極２３に固定されるが、内部電極２２上を摺動可能に配置される。言い換えると、内部電極２２は、開口４０を通って移動し得る。これにより、外部電極２３および電極スペーサ２７を、内部電極２２に沿って縦方向に移動可能にすることができ、それによって、内部電極２２の遠位端の露出を制御する。別の実施形態では、内部電極２２および外部電極２３は、内部電極２２の露出距離の調整を可能にする他の固定機構（例えば、クランプ）を使用して同軸構成で固定され得る。
【００３１】
電極２２および２３のうちの１つは活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合において促進するために中立または戻り電極であり得る。電極２２および２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーがデバイス１２を通るプラズマ原料を着火するように使用できるように、プラズマ生成および内部電極２２に近い電子シース形成を促進する電源１４へ連結される。特に、デバイス１２を通るイオン化媒体および前駆体は、開口２５を通って流れる（例えば、電極スペーサ２７を通って、および内部電極２２と外部電極２３との間）。内部電極２２は、さらに、イオン化媒体および前駆体の流れを促進するように、それを通る１つ以上の開口を含み得る（明示的に図示せず）。電極２２および２３が励起されると、プラズマ原料は、着火され、デバイス１２の遠位端から加工品「Ｗ」へ放射されるプラズマ流出物を形成する。
【００３２】
図３に示されるように、内部電極２２は、内部電極２２のうちの少なくとも一部を覆うコーティング２４を含み、露出した内部電極２２の遠位部２７を絶縁していないままで残す（例えば、絶縁されていないまたはコーティングされていない）。別の実施形態では、コーティング２４は、図４−７および１６について以下により詳細に記載されるように、外部電極２３の上に配置され得る。
【００３３】
コーティング２４は、内部導体（例えば、原子層堆積）方向へのフィルムとして、または誘電体スリーブまたは層として堆積される絶縁または半導電性材料から形成され得る。例示的な一実施形態において、絶縁カバー２４は、自然金属酸化物であり得る。コーティング２４は、遠位部２７に対するプラズマ作用を制限し、励起電子シース層３３を有するプラズマ流出物３１の生成を提供する。シース層３３は、図１６−２４について以下により詳細に記載されるように、加工品「Ｗ」の表面における揮発および／または化学的結合の修正を促進するために、加工品「Ｗ」に対するシース層３３の接触に適した、約１〜約１０ｍｍの到達距離「ｄ」を有する。
【００３４】
さらに、コーティング２４は、内部電極２２と外部電極２３との間の静電結合を提供する。生成された容量回路要素構造は、プラズマ流出物からイオンおよび他の種を引き付ける、内部電極２２の表面における正味の負バイアス電位を提供する。これらの種は、次いで、コーティング２４を衝突させ、シース層３３を生成する電子を放出する。
【００３５】
電極２２および２３の材料によって、特に、コーティング２４によって、部分的に、シース層３３が生成される。イオンおよび／または光子衝撃に応答する高い二次電子放射特性γを有する材料は、このタスクに適している。かかる材料は、絶縁体および／または半導体を含む。これらの材料は、比較的高いγを有し、ここで、γは、入射衝撃粒子毎に放射された電子の数を表す。このため、金属は、概して低いγ（例えば、０．１未満）を有し、金属酸化物等の絶縁および半導体材料は、約１〜約１０の高いγを有し、いくつかの絶縁体は２０の値を超える。このため、コーティング２４は、プラズマを内部電極２２の遠位端へ制限するだけでなく、二次放射された電子の源として作用する。
【００３６】
二次電子放射γは、式（１）によって表され得る。
（１）γ＝Γｓｅｃｏｎｄａｒｙ／Γｉｏｎ
式（１）において、γは二次電子放射収率または係数、Γｓｅｃｏｎｄａｒｙは、電子束であり、Γｉｏｎはイオン束である。二次放射は、イオン衝撃衝突が二次電子放射を誘発するために十分なエネルギーを有する場合に、コーティング２４上へのプラズマ種（イオン）の衝撃によって生じ、このためγモード放出を生じさせる。概して、放出は、気体内（αモード放出）よりも、電極表面において優先的に生じる（つまりγ＞１）場合、γモードであると言われる。言い換えると、コーティング２４と衝突するイオン毎に、所定の数の二次電子が放射される。このため、γは、Γｓｅｃｏｎｄａｒｙ（例えば、電子束）とΓｉｏｎ（例えば、イオン束）との割合として考えられ得る。
【００３７】
コーティング２４の表面とのこれらのイオン衝突は、ひいては、二次電子放射がγ放出を生成するために十分なエネルギーを提供する。γ放出を生じさせるコーティング２４等のコーティング材料の能力は、いくつかのパラメータによって異なり、上記のように、高いγを有する材料の選択について、最も影響を受ける。この特性により、コーティング２４は、二次放射される電子の源として、または選択された化学反応経路を強化するための触媒材料として作用することが可能になる。
【００３８】
時間と共に、コーティング２４は薄くなり、プラズマ運転中に除去され得る。二次放射された電子源を連続的に提供するコーティング２４を維持するように、コーティング２４は、プラズマ運転中に連続的に補給され得る。これは、内部電極２２および外部電極２３上に自然コーティング２４を再形成する種を追加することにより行われ得る。一実施形態では、前駆体源１８は、酸化物または窒化物コーティングを補給するために、デバイス１２へ酸素または窒素の気体を提供し得る。
【００３９】
シース層３３の生成は、さらに、イオン化媒体および前駆体の供給によって制御される。内部電極２２の表面から二次放射中に放出される励起電子に対して、比較的透明であるイオン化媒体および前駆体が選択される。上述のように、プラズマは、大気圧力で生成される。かかる圧力における増加したエントロピーのため、生成された電子は、比較的短期間に、シース層３３を形成するスペースにおいて、多数の衝突を受ける。
【００４０】
シース層３３の厚さは、式（２）で表される。
（２）厚さ＝１／Ｎσ
式（２）において、Ｎは散乱中心の数であり、散乱中心は、イオン化媒体、前駆体および大気気体の分子であり得る。このため、Ｎは媒体密度を定義する。変数σは散乱中心の平均粒子断面である。シース層３３の厚さはＮとσとの積に反比例する。このため、Ｎおよびσの減少により、より厚いシース層３３が提供される。より低いσが、水素およびヘリウム等の小さい断面を有する分子を持つ特定のイオン化媒体化合物を使用して提供され得る。変数Ｎは、気体密度を低減するためにイオン化媒体を加熱し、プラズマ反応を維持するために必要な最低量に、提供される媒体量を制限することで、小さくし得る。
【００４１】
本開示は、さらに、到達距離「ｄ」を有する励起電子シース層を有するプラズマ流出物を生成するためのシステムおよび方法に関する。シース層３３は、開示された電極構造、特定の気体種、電極材料、適正な励起条件、および他の媒体パラメータの組み合わせによって生成される。ｍｍサイズの距離の励起電子の伝播は、表面上の化学的結合の修正および表面化合物の揮発等の種々の表面における実用的な応用を提供する。
【００４２】
別の実施形態では、図４−６に示されるように、コーティング２４は、内部電極２２の外部表面上および外部電極２３の内部表面上に配置される。言い換えると、開口２５に面する内部電極２２および外部電極２３の表面は、コーティング２４を含む。一実施形態では、コーティング２４は、内部電極２２および外部電極２３の全体表面を覆い得る（例えば、それぞれ、その外部および内部表面）。別の実施形態では、コーティング２４は、遠位、近位またはその中間部等の電極２２および２３の一部のみを覆い得る（例えば、図３は、コーティングされていない遠位部２７を示す）。
【００４３】
コーティング２４は、自然酸化物、または内部電極および外部電極が形成される金属の自然窒化物であり得る、あるいは堆積された層またはイオン注入によって形成される層であり得る。例示的な一実施形態において、内部電極２２および外部電極２３は、アルミニウム合金から形成され、コーティング２４は、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）である。別の例示的な実施形態において、内部電極２２および外部電極２３はチタニウム合金から形成され、コーティング２４は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）またはチタニウム窒化物（ＴｉＮ）である。
【００４４】
内部電極２２および外部電極２３、およびコーティング２４は、さらに、異種システムとして構成され得る。内部電極２２および外部電極２３は、いずれかの適した電極基板材料（例えば、導電性金属または半導体）から形成され得、コーティング２４は、種々のコーティング加工によってその上に配置され得る。コーティング２４は、酸化環境への露出、陽極酸化、電気化学的加工、イオン注入、または堆積（例えば、スパッタリング、化学蒸着堆積、原子層堆積等）によって内部電極２２および外部電極２３上に形成され得る。
【００４５】
別の実施形態では、電極２２および２３上のコーティング２４は各電極上において異なり、別々の目的に役立ち得る。あるコーティング２４（例えば、電極２２上）が、増加した二次電子放射を促進するように選択でき、一方で、他の電極（例えば、電極２３）上のコーティング２４が、特定の化学反応（例えば、触媒として作用する）を促進するように選択できる。
【００４６】
図５および６に示されるように、コーティング２４は、さらに複数のナノ構造孔６０を含み得、これは、所定の（例えば、非方向性）形態（図５）またはランダム構成で配置され得る（図６）。孔６０は、上記のコーティング加工中に形成され得る。例示的な一実施形態において、孔６０は、その中に配置される１つ以上の種類の前駆体原料６２を含むように処理され得る。これにより、前駆体源１８の代用として、または前駆体源１８と共にプラズマ流出物へ直接、前駆体原料６２を供給することを可能にする。前駆体原料６２は、前駆体源１８に関して上記に記載される前駆体であり得る。一実施形態では、前駆体原料６２は、前駆体源１８から供給された前駆体原料とプラズマとの間の化学反応の開始に適した触媒であり得る。
【００４７】
図７は、外部電極４３内で同軸上に配置された内部電極４２を有するプラズマデバイス４１の側面断面図を示す。外部電極４３は、その中に画定された開口４５を有する実質的に円筒形の管形状を有する。内部電極４２は、実質的に円筒形形状を有し、外部電極４３によって完全に包囲され得るか、または外部電極４３の遠位端を過ぎて延在し得る。
【００４８】
デバイス４１は、さらに、電極スペーサ２７と同様に、内部電極４２と外部電極４３との間に配置された電極スペーサ（明示的には図示せず）を含む。電極スペーサは、内部電極４２と外部電極４３との間の同軸構成を提供するように、内部電極４２と外部電極４３との間のいずれかの点に配置され得る。電極スペーサは、外部電極４３内に内部電極４２を固定するように、電極４２および４３に摩擦的に嵌め込まれ得る。例示的な実施形態において、電極スペーサは、適合される内部電極４２と外部電極４３との間の静電結合を提供するように、セラミック等の誘電体材料から形成され得る。
【００４９】
内部電極４２および外部電極４３のそれぞれは、複数の形状構成を含み得る。一実施形態では、図７に示されるように、内部電極４２および外部電極４３は、その表面に配置される複数の溝５５を含む。溝５５は、内部電極４２および外部電極４３に沿って局所電場を強化する。溝５５は、さらに、同様の機能的な目的のためにコーティング２４と実質的に同様である、溝コーティング５０によって覆われ得る。溝５５は、内部電極４２の外部表面上および外部電極４３の内部表面上に配置される。内部電極４２および外部電極４３およびコーティング５０は、内部電極２２および外部電極２３に対して上述される材料から形成され得る。一実施形態では、溝コーティング５０は、コーティング２４、すなわち、アルミニウム、マグネシウム、またはチタニウム金属、およびその酸化物または窒化物の組み合わせと実質的に同様の材料から形成され得る。
【００５０】
溝５５は、内部電極４２および外部電極４３によって画定された縦軸と平行に配置され得る。別の実施形態では、溝４５は、内部電極４２および外部電極４３上で、らせん構成（例えば、らせん状の溝付きの）で配置され得る。内部電極４３は、さらに、開口４５への追加の気体流量を可能にするために、１つ以上の側面ベント４９を含み得る。
【００５１】
本開示は、広範囲の組織のプラズマ処理に適した種々のプラズマデバイス実施形態および構成を提供する。利用される活性および戻り電極の両方の付近におけるプラズマ原料の均一な拡散が、開示される実施形態に共通している。一実施形態では、プラズマ条件は、プラズマデバイス１２内を層形態で流れるプラズマ媒体を提供する。
【００５２】
図８は、それを通って画定された開口１２５を有する実質的に円筒形の管形状を有する内部電極１２２を含むプラズマデバイス１１２を示す。内部電極１２２は、遠位端１２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８に連結される近位端１２４とを有する（図１）。内部電極１２２は、さらに、遠位端１２６において多孔質部材１２８へ連結される。多孔質部材１２８は、広範囲のプラズマ流出物１２９を生成させるために、内部電極１２２を通過するプラズマを拡散する。内部電極１２２は、１０ｃｍ以下の内部直径ａを有し得る。多孔質部材１２８は、焼結されたまたは金属ガラス、セラミックメッシュ、および気体の拡散に適した他の多孔質材料から形成され得る。多孔質部材１２８は、約０．１〜約１．０ｃｍの厚さｂを有し得る。
【００５３】
プラズマデバイス１１２は、さらに、内部電極１２２の直径より大きい直径を有する実質的に円筒形筒状または環状形状を有する外部電極１２３を含む。は、縦軸ＡＡの周囲で同心円状に配置される。外部電極１２３は、内部電極１２２よりも短い長さを有し、内部電極１２２の周囲で同軸上に配置される。特に、外部電極１２３は、内部電極１２２および多孔質部材１２８の遠位部１３０を包囲する。
【００５４】
電極１２２および１２３は、金属および金属セラミック合成物等のプラズマの着火に適した電気的に導電性または半導体の材料から形成され得る。一実施形態では、電極１２２および１２３は、その上に配置される自然酸化物または窒化化合物を含む導電性金属から形成され得る。
【００５５】
プラズマデバイス１１２は、さらに、平円盤状またはトロイド状の形状を有する誘電体スペーサ１３２を含む。誘電体スペーサ１３２は、そこを通る内部電極１２２の挿入のために適合されるその中心を通る開口１３４を含む。誘電体スペーサ１３２は、内部電極１２２と外部電極１２３との間に配置される。一実施形態では、誘電体スペーサ１３２は、外部電極１２３内に内部電極１２２を固定するように、電極１２２および１２３に摩擦的に嵌め込まれ得る。誘電体スペーサは、約０．１〜約１．０ｃｍ（例えば、ゲージ）の厚さｃを有し得る。例示的な一実施形態において、電極スペーサ１３２は、内部電極１２２と外部電極１２３との間の静電結合を提供するように、薄いセラミック等の誘電体材料から形成され得る。
【００５６】
電極１２２および１２３のうちの１つは、活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合を促進するために、中立または戻り電極であり得る。電極１２２および１２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーが、デバイス１１２（例えば、開口１２５を通る）を通って流れる原料１２７内のプラズマを着火および維持するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４に連結される。
【００５７】
図９は、約０．１ｃｍ〜約１ｃｍであり得る、所定の距離ｄによって分離される第１の電極２２２および第２の電極２２３を包囲する筐体２１１を含む、プラズマデバイス２１２の別の例示的な実施形態を示す。第１の電極２２２は、供給されるプラズマ原料に対して、第２の電極２２３の近位にある。筐体２１１は、それを通って画定された開口２２５を有する実質的に円筒形の管形状を有する。筐体２１１は、第１の電極２２２および第２の電極２２３を絶縁する誘電体材料から形成される。筐体２１１は、１０ｃｍ以下の内部直径ｅを有し得る。
【００５８】
プラズマデバイス２１２は、遠位端２２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８と連結される近位端２２４とを含む。第１の電極２２２および第２の電極２２３は、そこを通るプラズマ原料２２８の流量を可能にするために、金属、金属セラミックおよび半導体合成物メッシュ、多孔質の焼結された固体等の導電性多孔質材料から形成される。第１の電極２２２および第２の電極２２３は、拡散された広範囲のプラズマ流出物２２９を生成するように、筐体２１１を通って流れるプラズマを拡散させる。
【００５９】
電極２２２および２２３のうちの１つは、活性電極であり得、もう一方は、ＲＦエネルギー結合において促進するために、中立または戻り電極であり得る。電極２２２および２２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーがデバイス２１２を通って流れるプラズマ原料を着火するように使用され得るように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。電極２２２および２２３は、所定の距離によって分離され、プラズマ流出物２２９および筐体２１１を通して静電結合または誘導結合される。特に、デバイス２１２を通るイオン化媒体および前駆体は、チャンバ付きの開口２２５を通って流れる。エネルギーが電極２２２および２２３に印加される際に、プラズマ原料は、プラズマ流出物２２９を形成するために着火される。
【００６０】
図１０は、第１の電極３２２および第２の電極３２３を包囲する筐体３１１を含むプラズマデバイス３１２の別の例示的な実施形態を示す。筐体３１１は、それを通って画定されたチャンバ付きの開口３２５を有する実質的に円筒形の管形状を有する。筐体３１１は、第１の電極３２２および第２の電極３２３を絶縁する誘電体材料から形成される。筐体３１１は、１０ｃｍ以下の内部直径ｆを有し得る。
【００６１】
プラズマデバイス３１２は、遠位端３２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８と連結される近位端３２４とを含む。第１の電極３２２は、筐体３１１内で同軸上に配置され得る、導電性金属（例えば、アルミニウム合金）または半導電性材料から形成される円筒形ロッドであり得る。
【００６２】
プラズマデバイス３１２は、さらに、第１の電極３２２と筐体３１１との間に配置された電極スペーサ３２７を含む。電極スペーサ３２７は、電極スペーサ２７と実質的に同様であり、そこを通る内部電極３２２の挿入のために適合された中央開口３４０と、デバイス３１２を通るプラズマ原料３２８（例えば、イオン化媒体および前駆体）の流量を可能にするために、中央開口の周囲で放射状に配置される１つ以上の流動開口３４２を含み得る。電極スペーサ３２７は、筐体３１１内に第１の電極２２を固定するために、筐体３１１および第１の電極３２２に摩擦的に嵌め込まれ得る。例示的な一実施形態において、電極スペーサ３２７は、セラミック等の誘電体材料から形成され得る。別の実施形態では、電極スペーサ３２７は、筐体３１１と一体的に形成され得る。
【００６３】
第１の電極３２２は、さらに、筐体３１１および電極スペーサ３２７と一体的に形成され得る絶縁層３４３を含む。別の例示的な実施形態において、層３４３は、スパッタリング、化学蒸着（例えば、原子層堆積、蒸発、電気化学的方法、またはイオン注入）を含むがこれに制限されない加工により、内部導体上へのフィルムとして堆積される誘電体材料として、または内部導体上に成長される誘電体材料から形成され得る。絶縁層３４３は、さらに、第１の電極３３２がアルミニウムおよびチタニウム等の適した合金から形成される場合に、自然金属酸化物または窒化物であり得る。特に、第１の電極３２２はアルミニウム合金から形成され得、層３４２は、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）であり得る。別の例示的な実施形態において、第１の電極３２２は、チタニウム合金から形成され得、層３４２は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）またはチタニウム窒化物（ＴｉＮ）であり得る。
【００６４】
第２の電極３２３は、そこを通るプラズマ原料３２８の流れを可能にするために、金属および金属セラミック合成物メッシュ、多孔質の焼結された固体等の導電性または半導電性多孔質材料から形成される。第２の電極３２３は、さらに、広範囲のプラズマ流出物３２９を生成するために、筐体３１１を通るプラズマを拡散させる。
【００６５】
電極３２２および３２３のうちの１つは、活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合において促進するために中立または戻り電極であり得る。電極３２２および３２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーがデバイス３１２を通って流れるプラズマ原料を着火するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。電極３２２および３２３は、プラズマ流出物３２９および筐体３１１を通して静電結合または誘導結合される。特に、デバイス３１２を通るイオン化媒体および前駆体は、チャンバ付きの開口３２５を通って流れる。エネルギーが電極３２２および３２３に印加される際に、プラズマ原料は、プラズマ流出物３２９を形成するように着火される。
【００６６】
図１１Ａ−Ｃは、筐体４１１内に配置されるディスク様またはトロイド状の形状を有する筐体４１１および誘電体スペーサ４３２を含むプラズマデバイス４１２の別の例示的な実施形態を示す。誘電体スペーサ４３２は、筐体４１１へ摩擦的に嵌め込まれ得る。例示的な一実施形態において、誘電体スペーサ４３２は、筐体４１１と一体的に形成され得る。
【００６７】
誘電体スペーサ４３２は、底面表面４２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８（図１）と連結される上面表面４２４とを含む。電極スペーサ４３２は、セラミック、プラスチック等の誘電体材料から形成され得る。誘電体スペーサ４３２は、そこを通るプラズマ原料４２８の流量を可能にするために、その中心を通る１つ以上の開口４３４を含む。例示的な一実施形態において、誘電体スペーサ４３２は、気体がそこを通って流れるために適した多孔質誘電体媒体から形成され得、従って、開口４３４の必要性はなくなる。誘電体スペーサ４３２の複数の開口４３４および／または多孔質性質は、広範囲プラズマ流出物４２９を生成するためにそこを通過するプラズマの拡散を提供する。開口４３４は、種々の形状およびサイズであり得る。図１１Ｂは、誘電体スペーサ４３２内に形成されるスリットとして開口４３４を示す。図１１Ｃは、実質的に円筒形のルーメンとして開口４３４を示す。その最も広い厚さｇにおいて、開口４３４は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍであり得る。
【００６８】
プラズマデバイス４１２は、さらに、誘電体スペーサ４３２内に配置される内部極４２２および外部電極４２３を含む。内部極４２２および外部電極４２３は、導電性金属（例えば、アルミニウム合金）から形成される円筒形ロッドであり得、平行構成で、かつ、誘電体スペーサ４３２の中心から等距離に、誘電体スペーサ４３２に挿入され得る。誘電体スペーサ４３２は、内部極４２２と外部電極４２３との間の静電結合を提供する。一実施形態では、電極４２２および４２３は、局所電場を増加させるために、開口４３４へ向けて尖った突起を形成し、提供する１つ以上の領域を有し得る。
【００６９】
電極４２２および４２３のうちの１つは、活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合において促進するために中立または戻り電極であり得る。電極４２２および４２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーが、デバイス４１２を通って流れるプラズマ原料を着火するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。電極４２２および４２３は、プラズマ流出物４２９および誘電体スペーサ４３２を通って静電結合される。特に、デバイス４１２を通るイオン化媒体および前駆体は、開口４３４を通って流れる。エネルギーが電極４２２および４２３に印加される際に、プラズマ原料は、プラズマ流出物４２９を形成するように着火される。
【００７０】
図１２Ａ−Ｂは、実質的なディスク形状を有する誘電体スペーサ５３２を含むプラズマデバイス５１２の別の例示的な実施形態を示す。プラズマデバイス５１２は、底面表面５２６と、イオン化媒体源および前駆体源１８（図１）に連結される上面表面５２４とを含む。電極スペーサ５３２は、セラミック、プラスチック等の誘電体材料から形成され得る。例示的な一実施形態において、誘電体スペーサ５３２は、気体がそこを通って流れることを可能にするために適した多孔質誘電体媒体から形成され得る、またはプラズマデバイス５１２を通るプラズマ原料５２８の流れを可能にするように開いたポートを有し得る。電極スペーサ５３２は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの厚さｈを有し得る。
【００７１】
プラズマデバイス５１２は、さらに、第１の電極５２２および第２の電極５２３を含む。第１の電極５２２および第２の電極５２３は、さらに、ディスクまたはプレート形状を有し、それぞれ、上部および底面表面５２４ならびに５２６の上に配置され得る。第１の電極５２２および第２の電極５２３は、そこを通るプラズマ原料５２８の流れを可能にするために、金属および金属セラミック合成物メッシュ、多孔質焼結された固体等の導電性または半導電性多孔質材料から形成され得る、またはプラズマ原料５２８がプラズマデバイス５１２を通って流れる事を可能にするために、開いたポートを有し得る。第１の電極５２２および第２の電極５２３は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの直径ｉおよび約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの厚さｊを有し得る。
【００７２】
誘電体スペーサ５３２は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍであり得る、ボーダーｋが形成されるように、第１の電極５２２および第２の電極５２３の周辺の外側に延在するより大きい直径を有し得る。この構成は、内部電極５２２と外部電極５２３との間の静電結合を強化する。電極５２２および５２３のうちの一方または両方は、さらに、誘導結合等の効果を誘発するように、所定の表面形状および特徴に形成され得る。第１の電極５２２および第２の電極５２３と関連する誘電体スペーサ５３２の多孔質性質は、広範囲プラズマ流出物５２９を生成するために、そこを通過するプラズマの拡散を提供する。
【００７３】
電極５２２および５２３のうちの１つは、活性電極であり得、他方の電極は、ＲＦエネルギー結合を促進するために中立または戻り電極であり得る。電極５２２および５２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーがデバイス５１２を通って流れるプラズマ原料５２８を着火するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。イオン化媒体および前駆体は、デバイス５１２を通って流れ、エネルギーが電極５２２および５２３に印加される際に、プラズマ原料が、プラズマ流出物５２９を形成するように着火される。
【００７４】
図１３は、図９のプラズマデバイス２１２および図１２のプラズマデバイス５１２の組み合わせである、プラズマデバイス６１２の別の例示的な実施形態を示す。プラズマデバイス６１２は、ディスク形状を有する誘電体スペーサ６３２を包囲する筐体６１１、第１の電極６２２、および第２の電極６２３を含む。筐体６１１は、１０ｃｍ以下の内部直径ｌを有し得る。プラズマデバイス６１２は、底面表面６２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８（図１）と連結される上面表面６２４とを含む。誘電体スペーサ６３２は、セラミック、プラスチック等の誘電体材料から形成され得る。例示的な一実施形態において、誘電体スペーサ６３２は、気体がそこを通って流れることを可能にするために適した多孔質誘電体媒体から形成され得る。誘電体スペーサ６３２は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの厚さｍを有する。
【００７５】
第１の電極６２２および第２の電極６２３は、さらに、ディスクまたはプレート形状を有し、それぞれ、上部および底面表面６２７および６２９の上に配置され得る。第１の電極６２２および第２の電極６２３は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの厚さｎを有し、そこを通るプラズマ原料６２８の流れを可能にするために、金属および金属セラミック合成物メッシュ、多孔質焼結された固体等の導電性多孔質材料から形成される。第１の電極６２２および第２の電極６２３と関連する誘電体スペーサ６３２の多孔質性質は、広範囲プラズマ流出物６２９を生成するために、そこを通るプラズマの拡散を提供する。誘電体スペーサ６３２は、さらに、内部電極６２２と外部電極６２３との間の静電結合を提供する。
【００７６】
電極６２２および６２３のうちの１つは、活性電極であり得、他方の電極は、ＲＦエネルギー結合を促進するために中立または戻り電極であり得る。電極６２２および６２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーが、デバイス６１２を通って流れるプラズマ原料６２８を着火および維持するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。一実施形態では、一電極は、固体であり、第２の電極は、誘導結合を実現するために、らせんまたは他の誘導性の高い形態に形成され得る。イオン化媒体および前駆体６２８はデバイス６１２を通って流れ、エネルギーが電極６２２および６２３に印加される際に、プラズマ原料は、プラズマ流出物６２９を形成するように着火される。
【００７７】
図１４および１５は、プラズマシステム１１００の例示的な実施形態を示す。システム１１００は、電源１１１４と連結されるプラズマデバイス１１１２、イオン化媒体源１１１６および前駆体源１１１８を含む。電源１１１４は、増幅器１２５２へ連結される信号ジェネレータ１２５０を含む。信号ジェネレータ１２５０は、所望の波形を反映する増幅器１２５２へ複数の制御信号を出力する。信号ジェネレータ１２５０は、所望の波形パラメータの制御（例えば、周波数、負荷サイクル、振幅、パルス発生等）を可能にする。いくつかの実施形態において、信号ジェネレータ１２５０は、波形をパルス発生し得、例えば、連続波の波形信号は、負荷サイクル（負荷サイクルは固定または変数であり得る）において、および、連続波の波形の周波数とは異なる周波数において、オンとオフを切り替えられ得る。増幅器１２５２は、約０．１ＭＨｚ〜約２，４５０ＭＨｚおよび別の実施形態では約１ＭＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの周波数で、所望の波形を出力する。電源１１１４は、さらに、増幅器１２５２へ連結される整合ネットワーク１２５４を含む。整合ネットワーク１２５４は、コンポーネントの切り替えまたは周波数調整によって電源１１１４に対する負荷（例えば、プラズマ流出物）のインピーダンスと整合するように構成される１つ以上の反応性および／または容量性のコンポーネントを含み得る。
【００７８】
電源１１１４は、プラズマデバイス１１１２と連結される。図１５に示されるように、プラズマデバイス１１１２は、組織へのプラズマの印加のために利用され得る。デバイス１１１２は、アルミニウム合金ロッドであり得、外部電極１１２３内で同軸上に配置される、内部電極１１２２を含む。外部電極１１２３は、開口１１２５を有するアルミニウム合金管であり得る。図１４に示されるように、内部電極１１２２および外部電極１１２３は、それぞれ、内部電極１１２２ならびに１１２３の周囲で配置されるコネクタ１２５６および１２５８を介して電源１１１４へ連結される。コネクタ１２５６および１２５８は、銅のコネクタブロックであり得る。
【００７９】
図１５を参照すると、デバイス１１１２は、さらに、内部電極１１２２と外部電極１１２３との間に配置されるセラミック電極スペーサ１１２７を含む。電極スペーサ１１２７は、内部電極１１２２と外部電極１１２３との間に同軸構成を提供するように、内部電極１１２２と外部電極１１２３との間のいずれかの点に配置され得る。電極スペーサ１１２７は、電極スペーサ２７と実質的に同様であり、そこを通る内部電極１１２２の挿入のために適合された中央開口（明示的に図示せず）と、デバイス１１１２を通るプラズマ原料の流れを可能にするために、中央開口の周囲で放射状に配置される１つ以上の流動開口（明示的に図示せず）とを含み得る。電極スペーサ１１２７は、外部電極１１２３内に内部電極１１２２を固定するように、電極１１２２および１１２３へ摩擦的に嵌め込まれ得る。電極１１２２および１１２３のうちの１つは、活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合を促進するように、中立または戻り電極であり得る。
【００８０】
図１４を参照すると、プラズマシステム１１００は、さらに、プラズマデバイス１１１２へ連結されるイオン化媒体源１１１６および前駆体源１１１８を含む。イオン化媒体源１１１６は、プラズマデバイス１１１２へ、イオン化原料、すなわち、ヘリウム気体を提供する。イオン化媒体源１１１６は、ヘリウム気体を貯蔵するための貯蔵タンクを含む。イオン化媒体源１１１６は、イオン化媒体源１１１６へ連結される管類１２６２ａを含む管類１２６２を介して、前駆体源１１１８と連結される。管類１２６２ａは、管類１２６２ｂと１２６２ｃとに分岐する。管類１２６２ｃは、デバイス１１１２へのその導入前に、前駆体原料、すなわち液体過酸化水素を噴霧するためのバブラーまたは噴霧器であり得る前駆体源１１１８と連結される。原料は、そこへの導入前に、デバイス１１１２の上流で混合される。
【００８１】
管類１２６２ｂは、管類１２６２ｃをバイパスし、連結１２６４においてプラズマデバイス１１１２と連結される管類１２６２ｄに再接続する。連結１２６４は、外部電極１１２３に接続されるテフロン（登録商標）ユニオンティー（ｕｎｉｏｎ ｔｅｅ）継手であり得る。管類１２６２は、さらに、それぞれ、管類１２６２ａ、１２６２ｂ、１２６２ｃを通る、ヘリウム気体および過酸化水素の流れを制御する、バルブ１２６０ａ、１２６０ｂ、１２６０ｃを含む。管類１２６２は、さらに、それぞれ管類１２６０ｂおよび１２６０ｃを通るプラズマ原料の流れを制御するために適合される質量流量コントローラ１２６６ｂおよび１２６６ｃを含む。
【００８２】
システム１１００は、組織へ、デバイス１１１２を通るプラズマの流れを提供する。ヘリウム気体および過酸化水素を含むプラズマ原料は、組織との、または組織の表面上での所望の化学反応を促進するために、特定の励起種および準安定原子から、内部エネルギーを送達するイオン、ラジカル、光子を含有するプラズマ流出物を形成するように着火される、プラズマデバイス１１１２へ、それぞれ、イオン化媒体源１１１６および前駆体源１１１８によって供給される。
【００８３】
図１６を参照すると、本開示に従うプラズマデバイス１１１２の拡大側面図である。プラズマデバイス１１１２は、内部電極１１２２および外部電極１１２３を含む。プラズマデバイス１１１２は、さらに、内部電極１１２２の外部表面上および外部電極１１２３の内部表面上に配置されるコーティング１１２４を含む。コーティング１１２４は、図４−６に対して上述されるコーティング２４と実質的に同様である。一実施形態では、プラズマデバイス１１１２は、さらに、内部電極１１２２内に、前駆体材料で充填される平行に配置された溝またはらせん構成のナノ構造孔、および／またはベント等の、図４−６に関して上述される追加の特徴を含み得る。別の実施形態では、内部電極１１２２は、外部電極１１２３に対して、種々の構成および空間的配向で配置され得る。特に、内部電極１１２２は、図２Ｂ−２Ｄに示されるように、外部電極１１２３に対して、後退されるか、同一面上であるか、または延長され得る。内部電極１１２２の延長された距離は、図２Ａ−２Ｄに対して上述されるように、調整可能であり得る。
【００８４】
図１６は、動作範囲ＬＲ、１、ＬＲ、２およびＬＲ、３、ならびに距離ＤＴを示す。外部電極１１２３は、励起二次電子放射の動作範囲ＬＲ、１を含む。内部電極１１２２は、エネルギーＥを有する励起二次電子放射の動作範囲ＬＲ、２、およびＬＲ、３を含む。言い換えると、動作範囲は、それぞれ、内部電極１１２２および外部電極１１２３の周囲で配置される励起電子シース層１１３３および１１３４の厚さを表す。隙間距離Δは、励起二次電子の濃度が比較的低いゾーンを示す。電極をコーティングすることは、上記のように、隙間距離Δを小さくする。いくつかの実施形態において、距離Δはゼロに低減され得、および／または、動作範囲ＬＲ、１およびＬＲ、２は、重複し、それにより、中空陰極効果を生じさせ得る。内部電極１１１２は、組織「Ｔ」からの距離ＤＴを有するチップ１１２８を含む。範囲ＬＲ、１、ＬＲ、２およびＬＲ、３は、気体相における反応を促進させる比較的高いエネルギーを有する、電子の濃度が大きく増加した領域を示す。上記のように、電極１１２２および／または１１２３上のコーティング１１２４は、励起二次電子の動作範囲ＬＲ、１およびＬＲ、２および／またはＬＲ、３を増加または強化させることができる。このため、動作範囲ＬＲ、１およびＬＲ、２、および／またはＬＲ、３を調整するために、コーティング１１２４の厚さの変動を使用できる。追加的にまたは代替的に、チップ１１２８が組織「Ｔ」から配置される距離ＤＴは、所定の組織効果（以下により詳細に記載される）を提供するように調整可能である。
【００８５】
（３）Ｒ（Ｅ）＝σ（Ｅ）・ｎｅ（Ｅ）・ｖ（Ｅ）
式（３）は、エネルギーＥの電子ｅ（Ｅ）が、気体粒子Ｘと相互作用する、非弾性（エネルギー消費）衝突を示す反応速度Ｒに関する。衝突の結果、電子は、エネルギーをＸに移転し得る。衝突後、電子および粒子は異なるエネルギーを有する。この反応速度または効率は、特定の反応のエネルギー依存断面σ（Ｅ）によって制御される。
【００８６】
図１７Ａおよび１７Ｂを参照し、それぞれ、２つのプロットが示される。図１７Ａは、エネルギーに対する、アルファモードおよびガンマモード放出の典型的な電子濃度ｎｅ（Ｅ）と、典型的な衝突反応断面とを示すプロット１７００を示す。プロット１７００は、軸１７０２、１７０４、および１７０６を含む。軸１７０２は、エネルギーＥにおける電子数（すなわち分布）を示す。軸１７０４は、電子ボルト（ｅＶ）で電子のエネルギーＥを示す。ライン１７０８は、アルファモード放出において見られるであろうエネルギーＥ（軸１７０４）に対するエネルギーＥにおける電子数（軸１７０２）を示す。ライン１７１２は、ガンマモード放出の二次放射の強化から生じる、ガンマモード放出で見られるであろうエネルギーＥ（軸１７０４）に対するエネルギーＥにおける電子数（軸１７０２）を示す。電子と気体粒子との間の衝突反応の可能性は、反応断面σ（Ｅ）に依存し、その一般的な形態は、ライン１７１０のように、エネルギーＥ（軸１７０４）の関数としてここに示される。ライン１７１０は、エネルギーＥ（軸１７０４）に対する衝突断面（軸１７０６）を示す。
【００８７】
次に図１７Ｂを参照すると、プロット１７２０は、計算された点毎の乗算の積σ（Ｅ）ｎｅ（Ｅ）、各放出モードでの化学反応確率の数値表示を示す。プロット１７０２は、エネルギーＥにおける反応確率を示す軸１７２６を含む。ライン１７２８は、エネルギーＥ（軸１７０４）の関数としてのアルファモード放出の積σ（Ｅ）・ｎｅ（Ｅ）を示す。ライン１７３２は、エネルギーＥ（軸１７０４）の関数としてのγモード放出の積σ（Ｅ）・ｎｅ（Ｅ）を示す。各放出モードの全体的な反応速度は、各ラインの積分（各ラインの下のエリア）に関連する。反応速度は、この数量と速度分布ｖ（Ｅ）の積、具体的には、σ（Ｅ）＊ｎｅ（Ｅ）＊ｖ（Ｅ）によって与えられる。図１７Ｂの積の構成要素は、図１７Ａに示される。ライン１７２８は、ライン１７０８および１７１０の点毎の乗算（コンボルーション）を示し、ライン１７３２は、ライン１７１２および１７１０のコンボルーションを示す。
【００８８】
再び図１７Ａを参照すると、ライン１７０８は、点１７０８において生じるピークのアルファ電子放射を示し、約１ｅＶ〜約３ｅＶの電子電圧に相当し得る。電子との化学的結合および／または化学反応の大部分は、約２ｅＶ〜約１０ｅＶのエネルギー範囲内で生じる。ライン１７１０は、追加の二次電子放射を有するｎｅ（Ｅ）の可能性を示す。これは、二次電子放射のエネルギー範囲内の組織「Ｔ」に関し、二次電子放射が、原料と電子との反応性ラジカルを形成する化学反応が生じる確率を増加させることを示す。
【００８９】
再び図１６を参照すると、プラズマデバイス１１１２は、組織「Ｔ」からの距離ＤＴが配置された内部電極１１２８と共に示される。距離ＤＴは、種々の物理的効果の大きさに対応し、各励起物理的効果は、方向性、選択性、加熱および組織「Ｔ」の組織加工の他の態様に影響する。ＤＴ＞＞ＬＲ、３について、二次電子は、組織表面に達しない。図１８Ａ−１８Ｃは、内部電極１１２８が組織「Ｔ」から配置される（図１６を参照）距離ＤＴの関数として、組織「Ｔ」に影響する寄与する物理的効果を示すチャートを含む。
【００９０】
図１８Ａおよび１８Ｂは、化学的効果、加熱効果、およびプラズマデバイス１１１２が組織「Ｔ」に対して有する混合効果としてのその２つの混合を示す（図１６を参照）。ＤＴ＞ＬＲ、３では、体積内のより励起された二次電子が、化学的効果および混合効果のために化学反応を強化するが、加熱効果は最小限であるか全く生じない。図１８Ａに示されるように、組織表面上の二次電子の衝突は、気体体積内および組織表面における両方の化学反応を強化する。二次電子放射は、さらに、ＤＴ＜ＬＲ３である場合に組織表面反応を強化するが、ＤＴ＜ＬＲ３の場合には電子刺激された表面反応を有しない。要するに、組織表面反応を強化するための励起二次電子放射について、式（４）の条件は、以下のように満たされる必要がある。
【００９１】
（４）０＜ＤＴ＜ＬＲ、３
図１８Ａは、さらに、内部電極１１２２が組織「Ｔ」（図１６を参照）に触れ、従ってＤＴ＜０となる条件を示す。内部電極１１２２が組織「Ｔ」に触れると、化学的効果は大部分がブロックされ、一方でバルク加熱効果が強化される。この場合は、Ｉ２Ｒまたはｊ２ρ（オームの）加熱が優勢となっている（ｄｏｍｉｎａｔｅｄ）。内部電極１１２２が組織「Ｔ」に触れると、内部電極は、組織へ熱を熱的に伝導させる。さらに、内部電極１１２２が、組織「Ｔ」（触れる場合）に静電結合され、そこへエネルギーを電気的に伝導させる。さらに、内部電極１１２２が組織に触れると、反応した組織は移動し、反応していない組織が露出する。
【００９２】
図１８Ｂを参照し、コーティングの効果を示すチャートが示される。コーティングは二次電子放射を強化し、それにより、表面加熱効果の促進と共に、ラジカル束および励起電子を増加させる。電極コーティング１１２４は、ラジカル密度を増加させ、化学的効果のための表面における組織反応を向上させる。加熱効果のために、電極コーティング１１２４は、ラジカル、二次および電子束を増加させ、組織上の表面反応を向上させる。
【００９３】
図１８Ｃを参照すると、組織に対して間隔を空けて内部電極１１２２を配置することの種々の効果が示される。図１８Ｃは内部電極１１２２を参照するが、いくつかの実施形態において、外部電極１１２４が、組織「Ｔ」に対して間隔を空けて配置され得、両方の電極１１２２および１１２４が、組織「Ｔ」に対して間隔を空けて配置され得、または作動範囲ＬＲ、１を有するシースが、組織「Ｔ」に対して間隔を空けて配置され得る。追加的にまたは代替的に、図１〜１６のうちのいずれかの１つを参照して記載されるように、１つ以上のプラズマデバイスは、図１８Ａ−１８Ｃの教示と組み合わせられ、目標の組織効果または結果を実現するように選択され得る。図１８Ｃに記載されるように化学的効果、加熱効果、方向性、選択性、またはいずれかの他の効果のうちのいずれか１つ以上を、所望の（または目標）効果として選択し得、図１〜１６（またはその同等物または組み合わせ）のいずれか１つを参照して記載されるように、プラズマデバイス、組織「Ｔ」に対するプラズマデバイスの位置、および／またはプラズマデバイスに印加される電力は、所望の組織効果を提供するように、調整または制御され得る。
【００９４】
図１８Ｃは、図１６のプラズマデバイス１１１２を参照して、以下のように記載される。電子シースが組織「Ｔ」に接しない場合（例えば、作動範囲ＬＲ、３を有するシース）、加熱効果は最小限（またはゼロ効果）であり、化学的効果は、組織から離れた横方向の拡散損失によって制限され、方向性が気体伝達に起因して存在し、かつ、選択性が存在し、化学的効果が優勢である。シースが組織に触れる場合、加熱効果は小さいまたは制限され、化学的効果は強く（化学的効果および電子束効果の両方）、方向性は最も強く（気体伝達および電子束の両方）、選択性は強い（化学および電子束効果の両方）。内部電極１１２２が組織「Ｔ」に触れる場合、加熱効果は強い効果であり、化学的効果は存在するが組織電極界面において低減され、いくらかの方向性が存在し、側面にいくらかの選択性が存在するが、組織電極界面において低減される。中心電極（例えば、内部電極１１２２）が組織へと延在する場合、加熱効果は最大であり、化学的効果は限られ（または最小限）、電極形状は方向性を支配し、選択性については、熱的効果が優勢となり、側面においていくつかの選択性が存在する。内部電極１１２２が組織へと延在する、または組織「Ｔ」に触れる場合、内部電極１１２２は、熱エネルギーを組織へ送達し、組織へ静電結合されるため、組織「Ｔ」を通る電力を伝導する。
【００９５】
図１９を参照すると、本開示に従う組織を加工するための方法１９００が示される。ステップ１９０２は、プラズマデバイスを提供する。ステップ１９０４は、組織効果を選択する。ステップ１９０４の組織効果は、図１８Ａに関して上述されるように、加熱効果、化学的効果および／または混合効果であり得る。ステップ１９０６は、選択された組織効果に従って、組織に対して間隔を空けて、プラズマデバイスを配置する。ステップ１９０８は、プラズマを生成する。ステップ１９１０は、二次電子放射を介して、二次的に放射された電子を放射する。二次電子は、１つ以上の選択された組織効果の１つ以上の大きさを実現するように制御され得る。
【００９６】
図２０を参照すると、本開示に従うプラズマ組織処理の方法２０００のフローチャート図が示される。ステップ２００２は、プラズマデバイスを提供する。ステップ２００４は、図１８Ｃに関して上述されているように、目標方向性および／または目標選択性を選択する。方向性二次電子は、組織切断の側面壁ではなく、底部に大部分が衝突する。底面の優先的照射により、方向性を有する組織除去が行われる。化学的ラジカル束および組織タイプの選択は組織除去率を変化させ、１つの組織タイプの除去を可能にするが、別の組織タイプの除去は可能にしない。１５より多い組織タイプの間での選択性が達成可能である。
【００９７】
ステップ２００６は、目標方向性および／または目標選択性に従い、加熱効果および／または化学的効果の目標の大きさを選択する。ステップ２００８は、（１）加熱効果の目標の大きさ、（２）化学的効果の目標の大きさ、（３）目標方向性、および／または（４）目標選択性に従って、プラズマデバイスを、組織に対して間隔を空けて配置する。表面加熱および化学的効果の選択された相対的な大きさは、選択された方向性および／または選択性の関数であり得る。ステップ２０１０は、組織表面上に衝突し得る（ＤＴ＞ＬＲ３）または衝突しないことがある（ＤＴ＜ＬＲ３）励起二次的放射電子を含むプラズマを生成する。
【００９８】
（実施例１）
実施例１について、プラズマ放出の実施例のグレイスケール写真を示す図２１を参照する。写真は、本開示に従う種々の領域を示す図を伴っている。図２１は、内部電極２１０２、外部電極２１０４、および励起電子シース層２１０６を示す。動作範囲ＬＲ、２およびＬＲ、３が識別される。励起電子シース層２１０６は、内部電極２１０２を中心とする領域の周囲に概して紫色を有するものとして写真撮影された。概して紫色の励起電子シース層２１０６の一般的な厚さは、内部電極２１０２の遠位端付近の約ＬＲ、３の厚さと、電子シース２１０６が外部電極２１０４内に延在を開始する領域内の約ＬＲ、２の厚さとを有した。プラズマシステムは、イオン化媒体としてヘリウム気体を利用して図１４および１５に示されるようにセットアップされ、これは、比較的高いσＡｒ（Ｅ）を有し、ヘリウム原子の比較的高い電子衝突断面のために、位置ＤＴにおいてＬＲ３が小さくなり、二次電子の欠如が生じる。原料化学のσｆｅｅｄｓｔｏｃｋ（Ｅ）は同様に作用する。
【００９９】
図２３は、本開示に従う図２１のプラズマ放出のカラー写真を示す。図２３も、内部電極２１０２、外部電極２１０４、および励起電子シース層２１０６を示す。動作範囲ＬＲ、２およびＬＲ、３が識別される。励起電子シース層２１０６は、内部電極２１０２を中心とする領域の周囲に概して紫色を有して示される。概して紫色の励起電子シース層２１０６の一般的な厚さは、内部電極２１０２の遠位端近くの約ＬＲ、３の厚さと、励起電子シース層２１０６が外部電極２１０４内へ延在を開始する領域内における約ＬＲ、２の厚さとを有する。
【０１００】
（実施例２）
実施例２について、プラズマ放出の一実施例のカラー写真を示す図２２を参照する。写真は、本開示に従う種々の領域を示す図面を伴っている。図２２は、内部電極２１０８、外部電極２１１０、および励起電子シース層２１１２を示す。動作範囲ＬＲ、２およびＬＲ、３が識別される。励起電子シース層２１１２は、内部電極２１０８を中心とする領域の周囲に概してオレンジ様の色を有するものとして撮影されている。概してオレンジ様の励起電子シース層２１１２の一般的な厚さは、内部電極２１０８の遠位端付近における約ＬＲ、３の厚さと、励起電子シース層２１０６が外部電極２１１０内への延在を開始する領域内の約ＬＲ、２の厚さとを有する。プラズマシステムが、比較的低いσを有するイオン化媒体としてアルゴン気体を利用して、図１４および１５に示されるようにセットアップされ、その結果として、ＬＲ３が大きくなり、位置ＤＴにおいて、多数の励起二次電子が生じる。オレンジ様のシース層を含んだプラズマ流出物は、延長された領域ＬＲ３において、実施例１のＬＲ３よりも明るくかつ大きく、励起電子との増大した衝突による気体原子のより効率的な励起を示す。さらに、プラズマ流出物は、作動距離ＬＲ３内の励起電子によって生成されると考えられる一致したより大きいオレンジ様の層を含んでいた。
【０１０１】
図２４は、本開示に従う図２２のプラズマ放出のカラー写真を示す。図２４も、内部電極２１０８、外部電極２１１０、および励起電子シース層２１１２６を示す。動作範囲ＬＲ、２およびＬＲ、３が識別される。励起電子シース層２１１２は、内部電極２１０８を中心とした領域の周囲に概してオレンジ色を有して示される。概してオレンジ様の励起電子シース層２１１２の一般的な厚さは、内部電極２１０８の遠位端付近の約ＬＲ、３の厚さと、励起電子シース層２１１２が外部電極２１１０内へ延在を開始する領域における約ＬＲ、２の厚さとを有する。
【０１０２】
本開示の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して本明細書に記載したが、本開示はこれらの厳密な実施形態に制限されず、本開示の範囲または精神から逸脱せずに、当業者により、本開示に種々の他の変更および修正を行い得ることを理解すべきである。別の実施例は、体積内のラジカル束密度の中空陰極の強化と表面におけるＲＦを生じさせる、重複する作動距離ＬＲ１およびＬＲ２である。特に、上述のように、これは、プラズマ種の相対的投入の調節により、加工品表面上または反応性プラズマの体積において望まれる特定のプロセスに対するニーズに応えることを可能にする。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、国際出願ＵＳ２００９／０４５７０８号（２００９年５月２９日出願、Ｍｏｏｒｅ他）を基礎とする優先権の利益を主張する。該出願は、米国仮出願第６１／０５７，６６７号（２００８年５月３０日出願、Ｍｏｏｒｅ他、名称「ＰＬＡＳＭＡ−ＢＡＳＥＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＳＯＵＲＣＥ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＥ ＴＨＥＲＥＯＦ」）を基礎とする優先権の利益を主張する。これらの出願の全内容が、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、表面加工および材料の除去または堆積のためのプラズマデバイスおよび加工に関する。特に、本開示は、選択された含有物に特有の励起状態化学種（例えば、励起光子）と共に、プラズマデバイス内の化学反応性のプラズマ生成された化学種を生成および方向付けるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の背景）
大気圧および大気圧に近い液体および気体等の密度の高い媒体内の放電により、適切な条件において、プラズマ形成を生じることができる。プラズマは、イオン、ラジカル、電子、励起状態（例えば、準安定）種、分子断片、光子等の大量の化学種を作成するための独自の能力を有する。プラズマ電子温度および電子密度を調節することにより、種々の内部エネルギー状態または外部運動エネルギー分散においてプラズマ化学種が生成され得る。さらに、プラズマの空間的、時間的および温度特性を調整することにより、プラズマ種および関連付けられた光子束によって照射される材料に特定の変化が生じる。プラズマは、プラズマ光子によって照射される生物学的および他の材料内の光化学および光触媒反応経路を開始するために十分なエネルギーを有する励起紫外光子を含む光子を生成することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマは、工業的、科学的および医療的ニーズへの代替的な解決策、特に、低温での加工品の表面加工を提供するための幅広い応用可能性を有する。プラズマは、加工品へと発され、これにより、プラズマが衝突する材料の特性に複数の変化を及ぼし得る。プラズマは、高い空間的、材料選択性、および時間的制御によって材料特性の変化を実行するために適した大きな放射束（例えば、紫外線）、イオン、光子、電子および他の励起状態（例えば、準安定）種を作成する、独自の能力を有する。プラズマは、加工品の明確な上部層を除去し得るが、加工品の別の下層についてはほとんどまたは全く効果がなく、プラズマは、混合する組織領域から特定の組織を選択的に除去するために、または異なる組織タイプの隣接する器官について最小限の影響で、組織を選択的に除去するために使用され得る。
【０００５】
一意の化学種のある適した応用は、特定の種類の材料のみの選択的な除去を提供するように、加工品におけるまたは加工品内の非平衡または選択的な化学反応を促進することである。かかる選択的な加工は、下層および隣接組織に対する選択性の差異をもって、低温での組織の切り取りおよび除去を可能にする、生物学的組織加工（例えば、混合または複数層組織）において、特に求められている。これは、移植手順中における、バイオフィルムの除去、脂肪および筋肉組織の混合物、表面層の創面切除、およびエポキシならびに他の非有機的材料の除去について特に有用である。
【０００６】
プラズマ種は、表面材料の揮発、気体化または溶解（例えば、エッチング）による、化学的結合の破壊、表面停止性種（例えば、表面機能化）の置換または交換によって、組織表面の化学的性質を修正できる。適正な技術、材料選択および条件により、付近の異なる種類の組織に影響を及ぼさずに、ある種類の組織を完全に除去できる。プラズマ条件およびパラメータの制御（Ｓパラメータ、Ｖ、Ｉ、Θ等を含む）により、一組の特定の粒子の選択を可能にし、これが、ひいては、材料除去または修正のための化学的経路の選択、ならびに、所望の組織タイプの除去の選択性を可能にする。本開示は、調節された形状、種々のプラズマ原料媒体、電極および電気励起パラメータの数および位置（例えば、電圧、電流、相、周波数、パルス条件等）を含む幅広い範囲の条件において、プラズマを作成するシステムおよび方法を提供する。
【０００７】
プラズマ放出を着火および維持する電気エネルギーの供給が、イオン化媒体および他のプラズマ原料と接触する実質的に導電性の電極を通じて送達される。本開示は、さらに、より高い電子温度およびより高い二次放射等のプラズマ運転の望ましい態様を改善および強化する特定の電極構造を利用する方法および装置を提供する。特に、本開示は、化学反応物質の制御された放出のための多孔質媒体を提供する。
【０００８】
プラズマ条件およびパラメータの制御により、一組の特定の粒子の選択が可能になり、これは、ひいては、材料の除去または修正、ならびに、所望の組織タイプの除去の選択性のための、化学的経路の選択を可能にする。本開示は、さらに、大気圧においてまたは大気圧付近で運転するプラズマを生成するためのシステムおよび方法を提供する。プラズマは、他のプラズマ種と連携して材料表面における反応を促進する電子を含む。材料表面へ送達される電子は、以降の反応における揮発を可能にする、結合の切断を含む種々の加工を開始できる。電子により促進された反応は、関連付けられる束と相乗的に作用し、それのみで作用している反応のいずれよりも大きい材料除去率を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一実施形態において、プラズマデバイスは、内部電極および外部電極を含む。内部電極は、実質的に円筒形の管形状を有し、内部電極を通って画定される開口を有する。内部電極は、近位部を有する。外部電極は、実質的に円筒形の管形状を有する。外部電極は、内部電極の近位部の周囲で同軸上に配置される。誘電体スペーサは、内部電極と外部電極との間に配置される実質的にトロイドの形状を含む。内部電極および外部電極は、そこへイオン化媒体を供給するように構成されるイオン化媒体源と連結するように構成される。内部電極および外部電極は、プラズマデバイスにおいてイオン化媒体を着火して、プラズマ流出物を形成するように構成される電源に連結するように構成される。
【００１０】
プラズマデバイスは、多孔質部材をさらに含み得る。多孔質部材は、内部電極の遠位端において内部電極と連結される。多孔質部材は、導電性多孔質材料から形成され、広範囲のプラズマ流出物を生成するために、導電性多孔質材料を通るプラズマ流出物を拡散するように構成される。外部電極は、内部電極の一部の周囲のみで配置され得る。
【００１１】
本開示のさらに別の実施形態において、イオン化媒体を受け取るように構成されたプラズマデバイスは、誘電体筐体と、第１の電極および第２の電極を含む。誘電体筐体は、実質的に円筒形の管形状を有し、それを通って画定される開口を有する。第１の電極および第２の電極は、誘電体筐体の開口内に配置され、所定の距離によって分離される。第２の電極は、導電性多孔質材料から形成され、広範囲プラズマ流出物を有するプラズマを形成するイオン化媒体を着火するように構成される。
【００１２】
第１の電極は、導電性金属から形成される実質的に円筒形のロッドであり得、誘電体筐体内で同軸上に配置され得る。プラズマデバイスは、第１の電極と第２の電極との間に配置された電極スペーサをさらに含み得る。電極スペーサは、第１の電極を誘電体筐体へ固定するように構成される。電極スペーサは、そこを通る第１の電極の挿入のために適合される中央開口を含む。電極スペーサは、中央開口の周囲で放射状に配置されるイオン化媒体の流量のための少なくとも１つの流動開口を含み得る。第１の電極は、少なくともその一部を覆う絶縁層を含む。絶縁層は、誘電体筐体と一体的に形成された絶縁層、および第１の電極上に堆積された誘電体コーティングから形成された絶縁層の少なくとも１つであり得る。第１の電極は、導電性多孔質材料から形成され得る。プラズマデバイスは、第１の電極と第２の電極との間に配置される誘電体スペーサを含み得る。誘電体スペーサは、多孔質誘電体材料から形成され得る。
【００１３】
本開示のさらに別の実施形態において、プラズマデバイスは、誘電体スペーサと、第１の電極および第２の電極とを含む。誘電体スペーサは、実質的にディスク様の形状を含み、かつ、そこへイオン化媒体を供給するように構成されるイオン化媒体源と結合するように構成される。誘電体スペーサは、イオン化媒体を拡散するように構成される多孔質誘電体材料から形成される。第１の電極および第２の電極は、誘電体スペーサ内に配置される。第１の電極および第２の電極は、プラズマデバイスにおいてイオン化媒体を着火して、プラズマ流出物を形成するように構成される電源に連結するように構成される。誘電体スペーサは、誘電体スペーサを通るイオン化媒体の流路を提供するように、少なくとも１つの開口を含み得る。第１の電極および第２の電極は、導電性金属から形成され、互に対して平行構成であり、誘電体スペーサの中心から等距離に配置され得る実質的に円筒形のロッドであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本特許の出願には、カラーで示される少なくとも１つの図を含む。カラーの図を有する本特許の複製は、要請に応じ、必要な料金を支払った上で、特許商標局によって提供される。本明細書に組みこまれ、かつ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本開示の例示的な実施形態を示し、上記に示される開示の一般的な記載および以下に記載される実施形態の詳細な説明と共に、本開示の原則を説明するために役立つ。
【図１】図１は、本開示に従うプラズマシステムの概略図である、
【図２Ａ】図２Ａは、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂ〜２Ｄは、図２Ａのプラズマデバイスの側面断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂ〜２Ｄは、図２Ａのプラズマデバイスの側面断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｂ〜２Ｄは、図２Ａのプラズマデバイスの側面断面図である。
【図３】図３は、図２Ａのプラズマデバイスの側面断面図である。
【図４】図４は、本開示に従う図２Ａのプラズマデバイスの前面断面図である。
【図５】図５は、本開示に従うプラズマデバイスの拡大断面図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態に従うプラズマデバイスの拡大断面図である。
【図７】図７は、本開示に従う図２Ａのプラズマデバイスの前面断面図である。
【図８】図８は、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図９】図９は、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１０】図１０は、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本開示に従う図１１Ａのプラズマデバイスの上面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本開示に従う図１１Ｂのプラズマデバイスの上面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本開示に従う図１２Ａのプラズマデバイスの上面図である。
【図１３】図１３は、本開示に従うプラズマデバイスの斜視断面図である。
【図１４】図１４は、本開示の一実施形態に従うプラズマシステムの概略図である。
【図１５】図１５は、本開示に従うプラズマデバイスの側面断面図である。
【図１６】図１６は、本開示に従うプラズマデバイスの拡大側面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａおよび１７Ｂは、本開示に従う電子放射に関連するプロットである。
【図１７Ｂ】図１７Ａおよび１７Ｂは、本開示に従う電子放射に関連するプロットである。
【図１８Ａ】図１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃは、本開示に従うプラズマデバイスのいくつかの組織効果を示すチャートを示す。
【図１８Ｂ】図１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃは、本開示に従うプラズマデバイスのいくつかの組織効果を示すチャートを示す。
【図１８Ｃ】図１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃは、本開示に従うプラズマデバイスのいくつかの組織効果を示すチャートを示す。
【図１９】図１９は、本開示に従うプラズマ組織処理の方法のフローチャート図である。
【図２０】図２０は、本開示に従うプラズマ組織処理の別の方法のフローチャート図である。
【図２１】図２１は、本開示に従うプラズマ放出のグレイスケール写真を示す。
【図２２】図２２は、本開示に従う別のプラズマ放出のグレイスケール写真を示す。
【図２３】図２３は、本開示に従う図２１のプラズマ放出のカラー写真を示す。
【図２４】図２４は、本開示に従う図２２のプラズマ放出のカラー写真を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
プラズマは、適切なジェネレータ、電極、およびアンテナを使用して、無線周波数（「ＲＦ」、約０．１ＭＨｚ〜約１００ＭＨｚ）およびマイクロ波（「ＭＷ」、約０．１ＧＨｚ〜約１００ＧＨｚ）帯を含む、約０．１ヘルツ（Ｈｚ）〜約１００ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数で、直流（ＤＣ）電力または交流電流（ＡＣ）電力のどちらかとして送達される電気エネルギーを使用して生成される。励起周波数、加工品、および回路へ電気エネルギーを送達するために使用される電子回路の選択は、プラズマの多くの特性および要件に影響する。動作電圧、周波数および電流レベル（ならびに相）の選択は、電子温度および電子密度に影響を与えるため、プラズマ化学的生成、送達システムのパフォーマンスおよび電気励起回路の設計は相互に関連する。さらに、電気励起およびプラズマデバイスハードウェアの選択は、所与のプラズマシステムが、ホストプラズマの気体または液体媒体への新たな含有物の導入に対して、どのように動的に応答するかを決定する。動的な整合ネットワーク等の対応する電気駆動の動的な調整または電圧、電流、または励起周波数に対する調整は、電子回路からプラズマへの制御された電力送達を維持するように使用し得る。
【００１６】
最初に図１を参照すると、プラズマシステム１０が開示される。システム１０は、電源１４と連結されるプラズマデバイス１２、イオン化媒体源１６および前駆体源１８を含む。電源１４は、電力または整合インピーダンスをプラズマデバイス１２へ供給するためのいずれかの適した構成要素を含む。特に、電源１４は、いずれかの高周波数ジェネレータ、またはプラズマを生成するためにイオン化媒体を着火するために電力を生じさせることができる他の適した電源であり得る。プラズマデバイス１２は、組織へのプラズマの印加のための電気外科的ペンとして利用され得、電源１４は、約０．１ＭＨｚ〜約２，４５０ＭＨｚ、別の実施形態では約１ＭＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚである周波数において、デバイス１２に電力を供給するように適合された電気外科的ジェネレータであり得る。プラズマは、さらに、連続またはパルス直流電流（ＤＣ）電気エネルギーを使用することにより、着火され得る。
【００１７】
前駆体源１８は、デバイス１２へのその導入前に、前駆体原料をエアゾール化するように構成されるバブラーまたは噴霧器であり得る。前駆体源１８は、微小液滴または約１フェムトリットル〜約１ナノリットルの容量の前駆体原料の所定の微細な液滴量を生成できるインジェクタシステムであり得る。前駆体源１８は、さらに、微小流体デバイス、圧電ポンプ、または超音波噴霧器を含み得る。
【００１８】
システム１０は、デバイス１２を通る加工品「Ｗ」（例えば、組織）へのプラズマの流れを提供する。イオン化媒体および前駆体原料を含むプラズマ原料は、プラズマデバイス１２へ、それぞれ、イオン化媒体源１６および前駆体源１８によって供給される。運転中に、前駆体原料およびイオン化媒体は、プラズマデバイス１２へ提供され、プラズマ原料は、特定の励起種および準安定原子から、加工品「Ｗ」内またはその表面において所望の化学反応を促進するために内部エネルギーを送達するイオン、ラジカル、光子を含有するプラズマ流出物を形成するように着火される。原料は、図１に示されるように、また以下により詳細に記載されるように、プラズマ流出物の着火点の上流またはその中ほどの位置から（例えば、着火点において）混合され得る。
【００１９】
イオン化媒体源１６は、プラズマデバイス１２へイオン化原料を提供する。イオン化媒体源１６は、プラズマデバイス１２と連結され、貯蔵タンクおよびポンプを含み得る（明示的に図示せず）。イオン化媒体は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、クセノン、ラドン、二酸化炭素、窒素、水素、酸素およびそれらの混合物等の液体または気体、あるいは液体であり得る。これらおよび他の気体は、最初、印加時に気体化される液体の形態であり得る。
【００２０】
前駆体源１８は、プラズマデバイス１２へ前駆体原料を提供する。前駆体原料は、固体、気体または液体の形態のいずれかであり得、固体、液体（例えば、粒子または液滴）、気体、およびその組み合わせ等のいずれかの状態のイオン化媒体と混合され得る。前駆体源１８は、前駆体原料が液体である場合に、イオン化媒体と混合する前に気体状態に加熱できるように、ヒーターを含み得る。
一実施形態では、前駆体は、電源１４からの電気エネルギーによって着火される場合、またはイオン化媒体１６から形成される粒子（電子、光子、または制限されたおよび選択的な化学反応性の他のエネルギー伝達種）との衝突を実行する場合に、イオン、電子、励起状態（例えば、準安定）種、分子断片（例えば、ラジカル）等の、反応種を形成可能ないずれかの化学種であり得る。特に、適合される前駆体は、ハロゲン化アシル、アルコール、アルデヒド、アルカン、アルケン、アミド、アミン、ブチル、石炭酸、シアン酸塩、イソシアン酸塩、エステル、エーテル、エチル、ハロゲン化合物、ハロアルカン、ヒドロキシル、ケトン、メチル、硝酸塩、ニトロ、ニトリル、亜硝酸塩、ニトロソ、過酸化物、ヒドロペルオキシド、酸素、水素、窒素、およびその組み合わせ等の種々の反応性官能基を含み得る。実施形態において、化学的前駆体は、ジクロロメタン、トリクロロメタン、四塩化炭素、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、四フッ化炭素等、過酸化炭素、アセトン過酸化物、ベンゾイル過酸化物等のハロゲン化アルキル、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等の過酸化物、プロピレングリコール等のアルコール、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、アミン、アルキル、アルケン等のアルカリであり得る。かかる化学的前駆体は、実質的に純粋、混合された、または溶解可能な形態で適用され得る。
【００２１】
前駆体およびそれらの官能基は、加工品「Ｗ」の表面種（例えば、分子）と反応するように、表面へ送達され得る。言い換えると、官能基は、加工品「Ｗ」の既存の表面終端を修正または取り替えるために使用され得る。官能基は、それらの高い反応性およびプラズマによって付与される反応性のために、表面種と容易に反応する。さらに、官能基は、加工品へプラズマ分量を送達する前にも、プラズマ分量内で反応される。
【００２２】
プラズマ内で生成されるいくつかの官能基は、以降、表面上に堆積を形成する材料を合成するために、原位置で反応できる。この堆積は、細菌を刺激し、癒合（ｈｅａｌｉｎｇ）、殺菌するため、および親水性または流体特性を増加させるために使用され得る。さらに、特定の官能基の堆積は、表面を結合するために、または表面の結合を刺激するために、または物理的保護層として、所定の気体／液体拡散（例えば、気体透過を可能にするが液体交換をさせない）を実現するために、表面の封じ込めを可能にし得る。
【００２３】
前駆体源１８およびイオン化媒体源１６は、それぞれ、管類１３ａおよび１３ｂを介してプラズマデバイス１２と連結され得る。管類１３ａおよび１３ｂは、その近位端においてデバイス１２へイオン化媒体および前駆体原料の混合物を送達するために、管類１３ｃへ組み合わせられ得る。これにより、プラズマ原料、例えば、前駆体原料およびイオン化気体が、その内部の混合物の着火前に、同時にプラズマデバイス１２へ送達されることを可能にする。
【００２４】
別の実施形態では、イオン化媒体源１６および前駆体源１８は、原料の混合が着火点から上流のプラズマデバイス１２内で生じるように、それぞれ、例えば、第１の接続３１および第２の接続２９の別々の接続において、管類１３ａおよび１３ｂを介してプラズマデバイス１２と連結され得る。言い換えると、プラズマ原料は、着火点の近位で混合され、これは、加工品「Ｗ」上の各特定の表面処理のプラズマ流出物種の所望の混合を生じさせるためのプラズマ原料の着火前の、それぞれの源１６および１８とラズマデバイス１２との間のいずれかの点であり得る。
【００２５】
さらなる実施形態において、プラズマ原料は、例えば、着火点においてまたはプラズマ流出物の下流で、プラズマへ直接、流れの途中で混合され得る。特に、第１および第２の接続３１、２９は、前駆体原料およびイオン化媒体が混合時と同時に着火されるように、着火点においてデバイス１２と連結され得る（図１）。さらに、前駆体原料が着火点において混合される間、着火点の近位でデバイス１２へイオン化媒体が供給され得ることが考えられる。
【００２６】
さらなる例示的な実施形態において、イオン化媒体は、非混合状態で着火され得、前駆体は、着火されたプラズマに直接混合され得る。混合前に、プラズマ原料は、個別に着火され得る。プラズマ原料は、プラズマ原料の反応に役立ち、プラズマ流出物を生じさせる、デバイス１２を通る媒体の流れを生成するために、所定の圧力で供給される。本開示に従うプラズマは、通常の大気条件において、大気圧力でまたは大気圧力付近で生成される。
【００２７】
図１−３を参照すると、デバイス１２は、外部電極２３内の同軸上に配置された内部電極２２を含む。図２Ａに示されるように、外部電極２３は、その中に画定される開口２５（図３）を有する実質的に円筒形の管形状を有する。内部電極２２は、実質的に円筒形形状（例えば、ロッド形状）を有する。電極２２および２３は、金属および金属セラミック合成物等のプラズマの着火に適した導電性材料から形成され得る。一実施形態では、電極２２および２３は、その上に配置される自然酸化物または窒化化合物を含む導電性金属から形成され得る。
【００２８】
デバイス１２は、さらに、内部電極２２と外部電極２３との間に配置された電極スペーサ２７を含む。電極スペーサ２７は、内部電極２２と外部電極２３との間の同軸構成を提供するために、内部電極２２と外部電極２３との間のいずれかの点に配置され得る。電極スペーサ２７は、それを通した内部電極２２の挿入のために適合された中央開口４０と、デバイス１２を通るイオン化媒体および前駆体の流れを可能にするように、中央開口４０の周囲で放射状に配置される１つ以上の流動開口４２とを含む。電極スペーサ２７は、外部電極２３内に内部電極２２を固定するように、電極２２および２３に摩擦的に嵌め込まれ得る。別の実施形態では、電極スペーサ２７は、内部電極２２上に摺動可能に配置される。例示的な一実施形態において、電極スペーサ２７は、内部電極２２と外部電極２３との間の静電結合を提供するように、セラミック等の誘電体材料から形成され得る。
【００２９】
図２Ｂに示されるように、内部電極２２の遠位端は、外部電極２３の遠位端を過ぎて延在し得る。別の実施形態では、図２Ｃおよび２Ｄに示されるように、内部電極２２は、外部電極２３によって完全に包囲され得る。特に、内部電極２２の遠位端は、外部電極２３の遠位端と同一平面であり得る（図２Ｃ）。さらなる実施形態において、内部電極２２は、外部電極２３内に後退され得る。（例えば、内部電極２２の遠位端は、図２Ｄに示されるように開口２５内にある）。
【００３０】
外部電極２３に対する内部電極２２の延在距離は、電極２２および２３の間の所望の空間的関係を実現するように調整され得る。一実施形態では、電極スペーサ２７は外部電極２３に固定されるが、内部電極２２上を摺動可能に配置される。言い換えると、内部電極２２は、開口４０を通って移動し得る。これにより、外部電極２３および電極スペーサ２７を、内部電極２２に沿って縦方向に移動可能にすることができ、それによって、内部電極２２の遠位端の露出を制御する。別の実施形態では、内部電極２２および外部電極２３は、内部電極２２の露出距離の調整を可能にする他の固定機構（例えば、クランプ）を使用して同軸構成で固定され得る。
【００３１】
電極２２および２３のうちの１つは活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合において促進するために中立または戻り電極であり得る。電極２２および２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーがデバイス１２を通るプラズマ原料を着火するように使用できるように、プラズマ生成および内部電極２２に近い電子シース形成を促進する電源１４へ連結される。特に、デバイス１２を通るイオン化媒体および前駆体は、開口２５を通って流れる（例えば、電極スペーサ２７を通って、および内部電極２２と外部電極２３との間）。内部電極２２は、さらに、イオン化媒体および前駆体の流れを促進するように、それを通る１つ以上の開口を含み得る（明示的に図示せず）。電極２２および２３が励起されると、プラズマ原料は、着火され、デバイス１２の遠位端から加工品「Ｗ」へ放射されるプラズマ流出物を形成する。
【００３２】
図３に示されるように、内部電極２２は、内部電極２２のうちの少なくとも一部を覆うコーティング２４を含み、露出した内部電極２２の遠位部２７を絶縁していないままで残す（例えば、絶縁されていないまたはコーティングされていない）。別の実施形態では、コーティング２４は、図４−７および１６について以下により詳細に記載されるように、外部電極２３の上に配置され得る。
【００３３】
コーティング２４は、内部導体（例えば、原子層堆積）方向へのフィルムとして、または誘電体スリーブまたは層として堆積される絶縁または半導電性材料から形成され得る。例示的な一実施形態において、絶縁カバー２４は、自然金属酸化物であり得る。コーティング２４は、遠位部２７に対するプラズマ作用を制限し、励起電子シース層３３を有するプラズマ流出物３１の生成を提供する。シース層３３は、図１６−２４について以下により詳細に記載されるように、加工品「Ｗ」の表面における揮発および／または化学的結合の修正を促進するために、加工品「Ｗ」に対するシース層３３の接触に適した、約１〜約１０ｍｍの到達距離「ｄ」を有する。
【００３４】
さらに、コーティング２４は、内部電極２２と外部電極２３との間の静電結合を提供する。生成された容量回路要素構造は、プラズマ流出物からイオンおよび他の種を引き付ける、内部電極２２の表面における正味の負バイアス電位を提供する。これらの種は、次いで、コーティング２４を衝突させ、シース層３３を生成する電子を放出する。
【００３５】
電極２２および２３の材料によって、特に、コーティング２４によって、部分的に、シース層３３が生成される。イオンおよび／または光子衝撃に応答する高い二次電子放射特性γを有する材料は、このタスクに適している。かかる材料は、絶縁体および／または半導体を含む。これらの材料は、比較的高いγを有し、ここで、γは、入射衝撃粒子毎に放射された電子の数を表す。このため、金属は、概して低いγ（例えば、０．１未満）を有し、金属酸化物等の絶縁および半導体材料は、約１〜約１０の高いγを有し、いくつかの絶縁体は２０の値を超える。このため、コーティング２４は、プラズマを内部電極２２の遠位端へ制限するだけでなく、二次放射された電子の源として作用する。
【００３６】
二次電子放射γは、式（１）によって表され得る。
（１）γ＝Γｓｅｃｏｎｄａｒｙ／Γｉｏｎ
式（１）において、γは二次電子放射収率または係数、Γｓｅｃｏｎｄａｒｙは、電子束であり、Γｉｏｎはイオン束である。二次放射は、イオン衝撃衝突が二次電子放射を誘発するために十分なエネルギーを有する場合に、コーティング２４上へのプラズマ種（イオン）の衝撃によって生じ、このためγモード放出を生じさせる。概して、放出は、気体内（αモード放出）よりも、電極表面において優先的に生じる（つまりγ＞１）場合、γモードであると言われる。言い換えると、コーティング２４と衝突するイオン毎に、所定の数の二次電子が放射される。このため、γは、Γｓｅｃｏｎｄａｒｙ（例えば、電子束）とΓｉｏｎ（例えば、イオン束）との割合として考えられ得る。
【００３７】
コーティング２４の表面とのこれらのイオン衝突は、ひいては、二次電子放射がγ放出を生成するために十分なエネルギーを提供する。γ放出を生じさせるコーティング２４等のコーティング材料の能力は、いくつかのパラメータによって異なり、上記のように、高いγを有する材料の選択について、最も影響を受ける。この特性により、コーティング２４は、二次放射される電子の源として、または選択された化学反応経路を強化するための触媒材料として作用することが可能になる。
【００３８】
時間と共に、コーティング２４は薄くなり、プラズマ運転中に除去され得る。二次放射された電子源を連続的に提供するコーティング２４を維持するように、コーティング２４は、プラズマ運転中に連続的に補給され得る。これは、内部電極２２および外部電極２３上に自然コーティング２４を再形成する種を追加することにより行われ得る。一実施形態では、前駆体源１８は、酸化物または窒化物コーティングを補給するために、デバイス１２へ酸素または窒素の気体を提供し得る。
【００３９】
シース層３３の生成は、さらに、イオン化媒体および前駆体の供給によって制御される。内部電極２２の表面から二次放射中に放出される励起電子に対して、比較的透明であるイオン化媒体および前駆体が選択される。上述のように、プラズマは、大気圧力で生成される。かかる圧力における増加したエントロピーのため、生成された電子は、比較的短期間に、シース層３３を形成するスペースにおいて、多数の衝突を受ける。
【００４０】
シース層３３の厚さは、式（２）で表される。
（２）厚さ＝１／Ｎσ
式（２）において、Ｎは散乱中心の数であり、散乱中心は、イオン化媒体、前駆体および大気気体の分子であり得る。このため、Ｎは媒体密度を定義する。変数σは散乱中心の平均粒子断面である。シース層３３の厚さはＮとσとの積に反比例する。このため、Ｎおよびσの減少により、より厚いシース層３３が提供される。より低いσが、水素およびヘリウム等の小さい断面を有する分子を持つ特定のイオン化媒体化合物を使用して提供され得る。変数Ｎは、気体密度を低減するためにイオン化媒体を加熱し、プラズマ反応を維持するために必要な最低量に、提供される媒体量を制限することで、小さくし得る。
【００４１】
本開示は、さらに、到達距離「ｄ」を有する励起電子シース層を有するプラズマ流出物を生成するためのシステムおよび方法に関する。シース層３３は、開示された電極構造、特定の気体種、電極材料、適正な励起条件、および他の媒体パラメータの組み合わせによって生成される。ｍｍサイズの距離の励起電子の伝播は、表面上の化学的結合の修正および表面化合物の揮発等の種々の表面における実用的な応用を提供する。
【００４２】
別の実施形態では、図４−６に示されるように、コーティング２４は、内部電極２２の外部表面上および外部電極２３の内部表面上に配置される。言い換えると、開口２５に面する内部電極２２および外部電極２３の表面は、コーティング２４を含む。一実施形態では、コーティング２４は、内部電極２２および外部電極２３の全体表面を覆い得る（例えば、それぞれ、その外部および内部表面）。別の実施形態では、コーティング２４は、遠位、近位またはその中間部等の電極２２および２３の一部のみを覆い得る（例えば、図３は、コーティングされていない遠位部２７を示す）。
【００４３】
コーティング２４は、自然酸化物、または内部電極および外部電極が形成される金属の自然窒化物であり得る、あるいは堆積された層またはイオン注入によって形成される層であり得る。例示的な一実施形態において、内部電極２２および外部電極２３は、アルミニウム合金から形成され、コーティング２４は、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）である。別の例示的な実施形態において、内部電極２２および外部電極２３はチタニウム合金から形成され、コーティング２４は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）またはチタニウム窒化物（ＴｉＮ）である。
【００４４】
内部電極２２および外部電極２３、およびコーティング２４は、さらに、異種システムとして構成され得る。内部電極２２および外部電極２３は、いずれかの適した電極基板材料（例えば、導電性金属または半導体）から形成され得、コーティング２４は、種々のコーティング加工によってその上に配置され得る。コーティング２４は、酸化環境への露出、陽極酸化、電気化学的加工、イオン注入、または堆積（例えば、スパッタリング、化学蒸着堆積、原子層堆積等）によって内部電極２２および外部電極２３上に形成され得る。
【００４５】
別の実施形態では、電極２２および２３上のコーティング２４は各電極上において異なり、別々の目的に役立ち得る。あるコーティング２４（例えば、電極２２上）が、増加した二次電子放射を促進するように選択でき、一方で、他の電極（例えば、電極２３）上のコーティング２４が、特定の化学反応（例えば、触媒として作用する）を促進するように選択できる。
【００４６】
図５および６に示されるように、コーティング２４は、さらに複数のナノ構造孔６０を含み得、これは、所定の（例えば、非方向性）形態（図５）またはランダム構成で配置され得る（図６）。孔６０は、上記のコーティング加工中に形成され得る。例示的な一実施形態において、孔６０は、その中に配置される１つ以上の種類の前駆体原料６２を含むように処理され得る。これにより、前駆体源１８の代用として、または前駆体源１８と共にプラズマ流出物へ直接、前駆体原料６２を供給することを可能にする。前駆体原料６２は、前駆体源１８に関して上記に記載される前駆体であり得る。一実施形態では、前駆体原料６２は、前駆体源１８から供給された前駆体原料とプラズマとの間の化学反応の開始に適した触媒であり得る。
【００４７】
図７は、外部電極４３内で同軸上に配置された内部電極４２を有するプラズマデバイス４１の側面断面図を示す。外部電極４３は、その中に画定された開口４５を有する実質的に円筒形の管形状を有する。内部電極４２は、実質的に円筒形形状を有し、外部電極４３によって完全に包囲され得るか、または外部電極４３の遠位端を過ぎて延在し得る。
【００４８】
デバイス４１は、さらに、電極スペーサ２７と同様に、内部電極４２と外部電極４３との間に配置された電極スペーサ（明示的には図示せず）を含む。電極スペーサは、内部電極４２と外部電極４３との間の同軸構成を提供するように、内部電極４２と外部電極４３との間のいずれかの点に配置され得る。電極スペーサは、外部電極４３内に内部電極４２を固定するように、電極４２および４３に摩擦的に嵌め込まれ得る。例示的な実施形態において、電極スペーサは、適合される内部電極４２と外部電極４３との間の静電結合を提供するように、セラミック等の誘電体材料から形成され得る。
【００４９】
内部電極４２および外部電極４３のそれぞれは、複数の形状構成を含み得る。一実施形態では、図７に示されるように、内部電極４２および外部電極４３は、その表面に配置される複数の溝５５を含む。溝５５は、内部電極４２および外部電極４３に沿って局所電場を強化する。溝５５は、さらに、同様の機能的な目的のためにコーティング２４と実質的に同様である、溝コーティング５０によって覆われ得る。溝５５は、内部電極４２の外部表面上および外部電極４３の内部表面上に配置される。内部電極４２および外部電極４３およびコーティング５０は、内部電極２２および外部電極２３に対して上述される材料から形成され得る。一実施形態では、溝コーティング５０は、コーティング２４、すなわち、アルミニウム、マグネシウム、またはチタニウム金属、およびその酸化物または窒化物の組み合わせと実質的に同様の材料から形成され得る。
【００５０】
溝５５は、内部電極４２および外部電極４３によって画定された縦軸と平行に配置され得る。別の実施形態では、溝４５は、内部電極４２および外部電極４３上で、らせん構成（例えば、らせん状の溝付きの）で配置され得る。内部電極４３は、さらに、開口４５への追加の気体流量を可能にするために、１つ以上の側面ベント４９を含み得る。
【００５１】
本開示は、広範囲の組織のプラズマ処理に適した種々のプラズマデバイス実施形態および構成を提供する。利用される活性および戻り電極の両方の付近におけるプラズマ原料の均一な拡散が、開示される実施形態に共通している。一実施形態では、プラズマ条件は、プラズマデバイス１２内を層形態で流れるプラズマ媒体を提供する。
【００５２】
図８は、それを通って画定された開口１２５を有する実質的に円筒形の管形状を有する内部電極１２２を含むプラズマデバイス１１２を示す。内部電極１２２は、遠位端１２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８に連結される近位端１２４とを有する（図１）。内部電極１２２は、さらに、遠位端１２６において多孔質部材１２８へ連結される。多孔質部材１２８は、広範囲のプラズマ流出物１２９を生成させるために、内部電極１２２を通過するプラズマを拡散する。内部電極１２２は、１０ｃｍ以下の内部直径ａを有し得る。多孔質部材１２８は、焼結されたまたは金属ガラス、セラミックメッシュ、および気体の拡散に適した他の多孔質材料から形成され得る。多孔質部材１２８は、約０．１〜約１．０ｃｍの厚さｂを有し得る。
【００５３】
プラズマデバイス１１２は、さらに、内部電極１２２の直径より大きい直径を有する実質的に円筒形筒状または環状形状を有する外部電極１２３を含む。は、縦軸ＡＡの周囲で同心円状に配置される。外部電極１２３は、内部電極１２２よりも短い長さを有し、内部電極１２２の周囲で同軸上に配置される。特に、外部電極１２３は、内部電極１２２および多孔質部材１２８の遠位部１３０を包囲する。
【００５４】
電極１２２および１２３は、金属および金属セラミック合成物等のプラズマの着火に適した電気的に導電性または半導体の材料から形成され得る。一実施形態では、電極１２２および１２３は、その上に配置される自然酸化物または窒化化合物を含む導電性金属から形成され得る。
【００５５】
プラズマデバイス１１２は、さらに、平円盤状またはトロイド状の形状を有する誘電体スペーサ１３２を含む。誘電体スペーサ１３２は、そこを通る内部電極１２２の挿入のために適合されるその中心を通る開口１３４を含む。誘電体スペーサ１３２は、内部電極１２２と外部電極１２３との間に配置される。一実施形態では、誘電体スペーサ１３２は、外部電極１２３内に内部電極１２２を固定するように、電極１２２および１２３に摩擦的に嵌め込まれ得る。誘電体スペーサは、約０．１〜約１．０ｃｍ（例えば、ゲージ）の厚さｃを有し得る。例示的な一実施形態において、電極スペーサ１３２は、内部電極１２２と外部電極１２３との間の静電結合を提供するように、薄いセラミック等の誘電体材料から形成され得る。
【００５６】
電極１２２および１２３のうちの１つは、活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合を促進するために、中立または戻り電極であり得る。電極１２２および１２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーが、デバイス１１２（例えば、開口１２５を通る）を通って流れる原料１２７内のプラズマを着火および維持するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４に連結される。
【００５７】
図９は、約０．１ｃｍ〜約１ｃｍであり得る、所定の距離ｄによって分離される第１の電極２２２および第２の電極２２３を包囲する筐体２１１を含む、プラズマデバイス２１２の別の例示的な実施形態を示す。第１の電極２２２は、供給されるプラズマ原料に対して、第２の電極２２３の近位にある。筐体２１１は、それを通って画定された開口２２５を有する実質的に円筒形の管形状を有する。筐体２１１は、第１の電極２２２および第２の電極２２３を絶縁する誘電体材料から形成される。筐体２１１は、１０ｃｍ以下の内部直径ｅを有し得る。
【００５８】
プラズマデバイス２１２は、遠位端２２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８と連結される近位端２２４とを含む。第１の電極２２２および第２の電極２２３は、そこを通るプラズマ原料２２８の流量を可能にするために、金属、金属セラミックおよび半導体合成物メッシュ、多孔質の焼結された固体等の導電性多孔質材料から形成される。第１の電極２２２および第２の電極２２３は、拡散された広範囲のプラズマ流出物２２９を生成するように、筐体２１１を通って流れるプラズマを拡散させる。
【００５９】
電極２２２および２２３のうちの１つは、活性電極であり得、もう一方は、ＲＦエネルギー結合において促進するために、中立または戻り電極であり得る。電極２２２および２２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーがデバイス２１２を通って流れるプラズマ原料を着火するように使用され得るように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。電極２２２および２２３は、所定の距離によって分離され、プラズマ流出物２２９および筐体２１１を通して静電結合または誘導結合される。特に、デバイス２１２を通るイオン化媒体および前駆体は、チャンバ付きの開口２２５を通って流れる。エネルギーが電極２２２および２２３に印加される際に、プラズマ原料は、プラズマ流出物２２９を形成するために着火される。
【００６０】
図１０は、第１の電極３２２および第２の電極３２３を包囲する筐体３１１を含むプラズマデバイス３１２の別の例示的な実施形態を示す。筐体３１１は、それを通って画定されたチャンバ付きの開口３２５を有する実質的に円筒形の管形状を有する。筐体３１１は、第１の電極３２２および第２の電極３２３を絶縁する誘電体材料から形成される。筐体３１１は、１０ｃｍ以下の内部直径ｆを有し得る。
【００６１】
プラズマデバイス３１２は、遠位端３２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８と連結される近位端３２４とを含む。第１の電極３２２は、筐体３１１内で同軸上に配置され得る、導電性金属（例えば、アルミニウム合金）または半導電性材料から形成される円筒形ロッドであり得る。
【００６２】
プラズマデバイス３１２は、さらに、第１の電極３２２と筐体３１１との間に配置された電極スペーサ３２７を含む。電極スペーサ３２７は、電極スペーサ２７と実質的に同様であり、そこを通る内部電極３２２の挿入のために適合された中央開口３４０と、デバイス３１２を通るプラズマ原料３２８（例えば、イオン化媒体および前駆体）の流量を可能にするために、中央開口の周囲で放射状に配置される１つ以上の流動開口３４２を含み得る。電極スペーサ３２７は、筐体３１１内に第１の電極２２を固定するために、筐体３１１および第１の電極３２２に摩擦的に嵌め込まれ得る。例示的な一実施形態において、電極スペーサ３２７は、セラミック等の誘電体材料から形成され得る。別の実施形態では、電極スペーサ３２７は、筐体３１１と一体的に形成され得る。
【００６３】
第１の電極３２２は、さらに、筐体３１１および電極スペーサ３２７と一体的に形成され得る絶縁層３４３を含む。別の例示的な実施形態において、層３４３は、スパッタリング、化学蒸着（例えば、原子層堆積、蒸発、電気化学的方法、またはイオン注入）を含むがこれに制限されない加工により、内部導体上へのフィルムとして堆積される誘電体材料として、または内部導体上に成長される誘電体材料から形成され得る。絶縁層３４３は、さらに、第１の電極３３２がアルミニウムおよびチタニウム等の適した合金から形成される場合に、自然金属酸化物または窒化物であり得る。特に、第１の電極３２２はアルミニウム合金から形成され得、層３４２は、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）またはアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）であり得る。別の例示的な実施形態において、第１の電極３２２は、チタニウム合金から形成され得、層３４２は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）またはチタニウム窒化物（ＴｉＮ）であり得る。
【００６４】
第２の電極３２３は、そこを通るプラズマ原料３２８の流れを可能にするために、金属および金属セラミック合成物メッシュ、多孔質の焼結された固体等の導電性または半導電性多孔質材料から形成される。第２の電極３２３は、さらに、広範囲のプラズマ流出物３２９を生成するために、筐体３１１を通るプラズマを拡散させる。
【００６５】
電極３２２および３２３のうちの１つは、活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合において促進するために中立または戻り電極であり得る。電極３２２および３２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーがデバイス３１２を通って流れるプラズマ原料を着火するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。電極３２２および３２３は、プラズマ流出物３２９および筐体３１１を通して静電結合または誘導結合される。特に、デバイス３１２を通るイオン化媒体および前駆体は、チャンバ付きの開口３２５を通って流れる。エネルギーが電極３２２および３２３に印加される際に、プラズマ原料は、プラズマ流出物３２９を形成するように着火される。
【００６６】
図１１Ａ−Ｃは、筐体４１１内に配置されるディスク様またはトロイド状の形状を有する筐体４１１および誘電体スペーサ４３２を含むプラズマデバイス４１２の別の例示的な実施形態を示す。誘電体スペーサ４３２は、筐体４１１へ摩擦的に嵌め込まれ得る。例示的な一実施形態において、誘電体スペーサ４３２は、筐体４１１と一体的に形成され得る。
【００６７】
誘電体スペーサ４３２は、底面表面４２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８（図１）と連結される上面表面４２４とを含む。電極スペーサ４３２は、セラミック、プラスチック等の誘電体材料から形成され得る。誘電体スペーサ４３２は、そこを通るプラズマ原料４２８の流量を可能にするために、その中心を通る１つ以上の開口４３４を含む。例示的な一実施形態において、誘電体スペーサ４３２は、気体がそこを通って流れるために適した多孔質誘電体媒体から形成され得、従って、開口４３４の必要性はなくなる。誘電体スペーサ４３２の複数の開口４３４および／または多孔質性質は、広範囲プラズマ流出物４２９を生成するためにそこを通過するプラズマの拡散を提供する。開口４３４は、種々の形状およびサイズであり得る。図１１Ｂは、誘電体スペーサ４３２内に形成されるスリットとして開口４３４を示す。図１１Ｃは、実質的に円筒形のルーメンとして開口４３４を示す。その最も広い厚さｇにおいて、開口４３４は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍであり得る。
【００６８】
プラズマデバイス４１２は、さらに、誘電体スペーサ４３２内に配置される内部極４２２および外部電極４２３を含む。内部極４２２および外部電極４２３は、導電性金属（例えば、アルミニウム合金）から形成される円筒形ロッドであり得、平行構成で、かつ、誘電体スペーサ４３２の中心から等距離に、誘電体スペーサ４３２に挿入され得る。誘電体スペーサ４３２は、内部極４２２と外部電極４２３との間の静電結合を提供する。一実施形態では、電極４２２および４２３は、局所電場を増加させるために、開口４３４へ向けて尖った突起を形成し、提供する１つ以上の領域を有し得る。
【００６９】
電極４２２および４２３のうちの１つは、活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合において促進するために中立または戻り電極であり得る。電極４２２および４２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーが、デバイス４１２を通って流れるプラズマ原料を着火するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。電極４２２および４２３は、プラズマ流出物４２９および誘電体スペーサ４３２を通って静電結合される。特に、デバイス４１２を通るイオン化媒体および前駆体は、開口４３４を通って流れる。エネルギーが電極４２２および４２３に印加される際に、プラズマ原料は、プラズマ流出物４２９を形成するように着火される。
【００７０】
図１２Ａ−Ｂは、実質的なディスク形状を有する誘電体スペーサ５３２を含むプラズマデバイス５１２の別の例示的な実施形態を示す。プラズマデバイス５１２は、底面表面５２６と、イオン化媒体源および前駆体源１８（図１）に連結される上面表面５２４とを含む。電極スペーサ５３２は、セラミック、プラスチック等の誘電体材料から形成され得る。例示的な一実施形態において、誘電体スペーサ５３２は、気体がそこを通って流れることを可能にするために適した多孔質誘電体媒体から形成され得る、またはプラズマデバイス５１２を通るプラズマ原料５２８の流れを可能にするように開いたポートを有し得る。電極スペーサ５３２は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの厚さｈを有し得る。
【００７１】
プラズマデバイス５１２は、さらに、第１の電極５２２および第２の電極５２３を含む。第１の電極５２２および第２の電極５２３は、さらに、ディスクまたはプレート形状を有し、それぞれ、上部および底面表面５２４ならびに５２６の上に配置され得る。第１の電極５２２および第２の電極５２３は、そこを通るプラズマ原料５２８の流れを可能にするために、金属および金属セラミック合成物メッシュ、多孔質焼結された固体等の導電性または半導電性多孔質材料から形成され得る、またはプラズマ原料５２８がプラズマデバイス５１２を通って流れる事を可能にするために、開いたポートを有し得る。第１の電極５２２および第２の電極５２３は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの直径ｉおよび約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの厚さｊを有し得る。
【００７２】
誘電体スペーサ５３２は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍであり得る、ボーダーｋが形成されるように、第１の電極５２２および第２の電極５２３の周辺の外側に延在するより大きい直径を有し得る。この構成は、内部電極５２２と外部電極５２３との間の静電結合を強化する。電極５２２および５２３のうちの一方または両方は、さらに、誘導結合等の効果を誘発するように、所定の表面形状および特徴に形成され得る。第１の電極５２２および第２の電極５２３と関連する誘電体スペーサ５３２の多孔質性質は、広範囲プラズマ流出物５２９を生成するために、そこを通過するプラズマの拡散を提供する。
【００７３】
電極５２２および５２３のうちの１つは、活性電極であり得、他方の電極は、ＲＦエネルギー結合を促進するために中立または戻り電極であり得る。電極５２２および５２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーがデバイス５１２を通って流れるプラズマ原料５２８を着火するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。イオン化媒体および前駆体は、デバイス５１２を通って流れ、エネルギーが電極５２２および５２３に印加される際に、プラズマ原料が、プラズマ流出物５２９を形成するように着火される。
【００７４】
図１３は、図９のプラズマデバイス２１２および図１２のプラズマデバイス５１２の組み合わせである、プラズマデバイス６１２の別の例示的な実施形態を示す。プラズマデバイス６１２は、ディスク形状を有する誘電体スペーサ６３２を包囲する筐体６１１、第１の電極６２２、および第２の電極６２３を含む。筐体６１１は、１０ｃｍ以下の内部直径ｌを有し得る。プラズマデバイス６１２は、底面表面６２６と、イオン化媒体源１６および前駆体源１８（図１）と連結される上面表面６２４とを含む。誘電体スペーサ６３２は、セラミック、プラスチック等の誘電体材料から形成され得る。例示的な一実施形態において、誘電体スペーサ６３２は、気体がそこを通って流れることを可能にするために適した多孔質誘電体媒体から形成され得る。誘電体スペーサ６３２は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの厚さｍを有する。
【００７５】
第１の電極６２２および第２の電極６２３は、さらに、ディスクまたはプレート形状を有し、それぞれ、上部および底面表面６２７および６２９の上に配置され得る。第１の電極６２２および第２の電極６２３は、約０．１ｃｍ〜約１．０ｃｍの厚さｎを有し、そこを通るプラズマ原料６２８の流れを可能にするために、金属および金属セラミック合成物メッシュ、多孔質焼結された固体等の導電性多孔質材料から形成される。第１の電極６２２および第２の電極６２３と関連する誘電体スペーサ６３２の多孔質性質は、広範囲プラズマ流出物６２９を生成するために、そこを通るプラズマの拡散を提供する。誘電体スペーサ６３２は、さらに、内部電極６２２と外部電極６２３との間の静電結合を提供する。
【００７６】
電極６２２および６２３のうちの１つは、活性電極であり得、他方の電極は、ＲＦエネルギー結合を促進するために中立または戻り電極であり得る。電極６２２および６２３のそれぞれは、電源１４からのエネルギーが、デバイス６１２を通って流れるプラズマ原料６２８を着火および維持するように使用できるように、プラズマ生成を促進する電源１４へ連結される。一実施形態では、一電極は、固体であり、第２の電極は、誘導結合を実現するために、らせんまたは他の誘導性の高い形態に形成され得る。イオン化媒体および前駆体６２８はデバイス６１２を通って流れ、エネルギーが電極６２２および６２３に印加される際に、プラズマ原料は、プラズマ流出物６２９を形成するように着火される。
【００７７】
図１４および１５は、プラズマシステム１１００の例示的な実施形態を示す。システム１１００は、電源１１１４と連結されるプラズマデバイス１１１２、イオン化媒体源１１１６および前駆体源１１１８を含む。電源１１１４は、増幅器１２５２へ連結される信号ジェネレータ１２５０を含む。信号ジェネレータ１２５０は、所望の波形を反映する増幅器１２５２へ複数の制御信号を出力する。信号ジェネレータ１２５０は、所望の波形パラメータの制御（例えば、周波数、負荷サイクル、振幅、パルス発生等）を可能にする。いくつかの実施形態において、信号ジェネレータ１２５０は、波形をパルス発生し得、例えば、連続波の波形信号は、負荷サイクル（負荷サイクルは固定または変数であり得る）において、および、連続波の波形の周波数とは異なる周波数において、オンとオフを切り替えられ得る。増幅器１２５２は、約０．１ＭＨｚ〜約２，４５０ＭＨｚおよび別の実施形態では約１ＭＨｚ〜約１３．５６ＭＨｚの周波数で、所望の波形を出力する。電源１１１４は、さらに、増幅器１２５２へ連結される整合ネットワーク１２５４を含む。整合ネットワーク１２５４は、コンポーネントの切り替えまたは周波数調整によって電源１１１４に対する負荷（例えば、プラズマ流出物）のインピーダンスと整合するように構成される１つ以上の反応性および／または容量性のコンポーネントを含み得る。
【００７８】
電源１１１４は、プラズマデバイス１１１２と連結される。図１５に示されるように、プラズマデバイス１１１２は、組織へのプラズマの印加のために利用され得る。デバイス１１１２は、アルミニウム合金ロッドであり得、外部電極１１２３内で同軸上に配置される、内部電極１１２２を含む。外部電極１１２３は、開口１１２５を有するアルミニウム合金管であり得る。図１４に示されるように、内部電極１１２２および外部電極１１２３は、それぞれ、内部電極１１２２ならびに１１２３の周囲で配置されるコネクタ１２５６および１２５８を介して電源１１１４へ連結される。コネクタ１２５６および１２５８は、銅のコネクタブロックであり得る。
【００７９】
図１５を参照すると、デバイス１１１２は、さらに、内部電極１１２２と外部電極１１２３との間に配置されるセラミック電極スペーサ１１２７を含む。電極スペーサ１１２７は、内部電極１１２２と外部電極１１２３との間に同軸構成を提供するように、内部電極１１２２と外部電極１１２３との間のいずれかの点に配置され得る。電極スペーサ１１２７は、電極スペーサ２７と実質的に同様であり、そこを通る内部電極１１２２の挿入のために適合された中央開口（明示的に図示せず）と、デバイス１１１２を通るプラズマ原料の流れを可能にするために、中央開口の周囲で放射状に配置される１つ以上の流動開口（明示的に図示せず）とを含み得る。電極スペーサ１１２７は、外部電極１１２３内に内部電極１１２２を固定するように、電極１１２２および１１２３へ摩擦的に嵌め込まれ得る。電極１１２２および１１２３のうちの１つは、活性電極であり得、他の電極は、ＲＦエネルギー結合を促進するように、中立または戻り電極であり得る。
【００８０】
図１４を参照すると、プラズマシステム１１００は、さらに、プラズマデバイス１１１２へ連結されるイオン化媒体源１１１６および前駆体源１１１８を含む。イオン化媒体源１１１６は、プラズマデバイス１１１２へ、イオン化原料、すなわち、ヘリウム気体を提供する。イオン化媒体源１１１６は、ヘリウム気体を貯蔵するための貯蔵タンクを含む。イオン化媒体源１１１６は、イオン化媒体源１１１６へ連結される管類１２６２ａを含む管類１２６２を介して、前駆体源１１１８と連結される。管類１２６２ａは、管類１２６２ｂと１２６２ｃとに分岐する。管類１２６２ｃは、デバイス１１１２へのその導入前に、前駆体原料、すなわち液体過酸化水素を噴霧するためのバブラーまたは噴霧器であり得る前駆体源１１１８と連結される。原料は、そこへの導入前に、デバイス１１１２の上流で混合される。
【００８１】
管類１２６２ｂは、管類１２６２ｃをバイパスし、連結１２６４においてプラズマデバイス１１１２と連結される管類１２６２ｄに再接続する。連結１２６４は、外部電極１１２３に接続されるテフロン（登録商標）ユニオンティー（ｕｎｉｏｎ ｔｅｅ）継手であり得る。管類１２６２は、さらに、それぞれ、管類１２６２ａ、１２６２ｂ、１２６２ｃを通る、ヘリウム気体および過酸化水素の流れを制御する、バルブ１２６０ａ、１２６０ｂ、１２６０ｃを含む。管類１２６２は、さらに、それぞれ管類１２６０ｂおよび１２６０ｃを通るプラズマ原料の流れを制御するために適合される質量流量コントローラ１２６６ｂおよび１２６６ｃを含む。
【００８２】
システム１１００は、組織へ、デバイス１１１２を通るプラズマの流れを提供する。ヘリウム気体および過酸化水素を含むプラズマ原料は、組織との、または組織の表面上での所望の化学反応を促進するために、特定の励起種および準安定原子から、内部エネルギーを送達するイオン、ラジカル、光子を含有するプラズマ流出物を形成するように着火される、プラズマデバイス１１１２へ、それぞれ、イオン化媒体源１１１６および前駆体源１１１８によって供給される。
【００８３】
図１６を参照すると、本開示に従うプラズマデバイス１１１２の拡大側面図である。プラズマデバイス１１１２は、内部電極１１２２および外部電極１１２３を含む。プラズマデバイス１１１２は、さらに、内部電極１１２２の外部表面上および外部電極１１２３の内部表面上に配置されるコーティング１１２４を含む。コーティング１１２４は、図４−６に対して上述されるコーティング２４と実質的に同様である。一実施形態では、プラズマデバイス１１１２は、さらに、内部電極１１２２内に、前駆体材料で充填される平行に配置された溝またはらせん構成のナノ構造孔、および／またはベント等の、図４−６に関して上述される追加の特徴を含み得る。別の実施形態では、内部電極１１２２は、外部電極１１２３に対して、種々の構成および空間的配向で配置され得る。特に、内部電極１１２２は、図２Ｂ−２Ｄに示されるように、外部電極１１２３に対して、後退されるか、同一面上であるか、または延長され得る。内部電極１１２２の延長された距離は、図２Ａ−２Ｄに対して上述されるように、調整可能であり得る。
【００８４】
図１６は、動作範囲ＬＲ、１、ＬＲ、２およびＬＲ、３、ならびに距離ＤＴを示す。外部電極１１２３は、励起二次電子放射の動作範囲ＬＲ、１を含む。内部電極１１２２は、エネルギーＥを有する励起二次電子放射の動作範囲ＬＲ、２、およびＬＲ、３を含む。言い換えると、動作範囲は、それぞれ、内部電極１１２２および外部電極１１２３の周囲で配置される励起電子シース層１１３３および１１３４の厚さを表す。隙間距離Δは、励起二次電子の濃度が比較的低いゾーンを示す。電極をコーティングすることは、上記のように、隙間距離Δを小さくする。いくつかの実施形態において、距離Δはゼロに低減され得、および／または、動作範囲ＬＲ、１およびＬＲ、２は、重複し、それにより、中空陰極効果を生じさせ得る。内部電極１１１２は、組織「Ｔ」からの距離ＤＴを有するチップ１１２８を含む。範囲ＬＲ、１、ＬＲ、２およびＬＲ、３は、気体相における反応を促進させる比較的高いエネルギーを有する、電子の濃度が大きく増加した領域を示す。上記のように、電極１１２２および／または１１２３上のコーティング１１２４は、励起二次電子の動作範囲ＬＲ、１およびＬＲ、２および／またはＬＲ、３を増加または強化させることができる。このため、動作範囲ＬＲ、１およびＬＲ、２、および／またはＬＲ、３を調整するために、コーティング１１２４の厚さの変動を使用できる。追加的にまたは代替的に、チップ１１２８が組織「Ｔ」から配置される距離ＤＴは、所定の組織効果（以下により詳細に記載される）を提供するように調整可能である。
【００８５】
（３）Ｒ（Ｅ）＝σ（Ｅ）・ｎｅ（Ｅ）・ｖ（Ｅ）
式（３）は、エネルギーＥの電子ｅ（Ｅ）が、気体粒子Ｘと相互作用する、非弾性（エネルギー消費）衝突を示す反応速度Ｒに関する。衝突の結果、電子は、エネルギーをＸに移転し得る。衝突後、電子および粒子は異なるエネルギーを有する。この反応速度または効率は、特定の反応のエネルギー依存断面σ（Ｅ）によって制御される。
【００８６】
図１７Ａおよび１７Ｂを参照し、それぞれ、２つのプロットが示される。図１７Ａは、エネルギーに対する、アルファモードおよびガンマモード放出の典型的な電子濃度ｎｅ（Ｅ）と、典型的な衝突反応断面とを示すプロット１７００を示す。プロット１７００は、軸１７０２、１７０４、および１７０６を含む。軸１７０２は、エネルギーＥにおける電子数（すなわち分布）を示す。軸１７０４は、電子ボルト（ｅＶ）で電子のエネルギーＥを示す。ライン１７０８は、アルファモード放出において見られるであろうエネルギーＥ（軸１７０４）に対するエネルギーＥにおける電子数（軸１７０２）を示す。ライン１７１２は、ガンマモード放出の二次放射の強化から生じる、ガンマモード放出で見られるであろうエネルギーＥ（軸１７０４）に対するエネルギーＥにおける電子数（軸１７０２）を示す。電子と気体粒子との間の衝突反応の可能性は、反応断面σ（Ｅ）に依存し、その一般的な形態は、ライン１７１０のように、エネルギーＥ（軸１７０４）の関数としてここに示される。ライン１７１０は、エネルギーＥ（軸１７０４）に対する衝突断面（軸１７０６）を示す。
【００８７】
次に図１７Ｂを参照すると、プロット１７２０は、計算された点毎の乗算の積σ（Ｅ）ｎｅ（Ｅ）、各放出モードでの化学反応確率の数値表示を示す。プロット１７０２は、エネルギーＥにおける反応確率を示す軸１７２６を含む。ライン１７２８は、エネルギーＥ（軸１７０４）の関数としてのアルファモード放出の積σ（Ｅ）・ｎｅ（Ｅ）を示す。ライン１７３２は、エネルギーＥ（軸１７０４）の関数としてのγモード放出の積σ（Ｅ）・ｎｅ（Ｅ）を示す。各放出モードの全体的な反応速度は、各ラインの積分（各ラインの下のエリア）に関連する。反応速度は、この数量と速度分布ｖ（Ｅ）の積、具体的には、σ（Ｅ）＊ｎｅ（Ｅ）＊ｖ（Ｅ）によって与えられる。図１７Ｂの積の構成要素は、図１７Ａに示される。ライン１７２８は、ライン１７０８および１７１０の点毎の乗算（コンボルーション）を示し、ライン１７３２は、ライン１７１２および１７１０のコンボルーションを示す。
【００８８】
再び図１７Ａを参照すると、ライン１７０８は、点１７０８において生じるピークのアルファ電子放射を示し、約１ｅＶ〜約３ｅＶの電子電圧に相当し得る。電子との化学的結合および／または化学反応の大部分は、約２ｅＶ〜約１０ｅＶのエネルギー範囲内で生じる。ライン１７１０は、追加の二次電子放射を有するｎｅ（Ｅ）の可能性を示す。これは、二次電子放射のエネルギー範囲内の組織「Ｔ」に関し、二次電子放射が、原料と電子との反応性ラジカルを形成する化学反応が生じる確率を増加させることを示す。
【００８９】
再び図１６を参照すると、プラズマデバイス１１１２は、組織「Ｔ」からの距離ＤＴが配置された内部電極１１２８と共に示される。距離ＤＴは、種々の物理的効果の大きさに対応し、各励起物理的効果は、方向性、選択性、加熱および組織「Ｔ」の組織加工の他の態様に影響する。ＤＴ＞＞ＬＲ、３について、二次電子は、組織表面に達しない。図１８Ａ−１８Ｃは、内部電極１１２８が組織「Ｔ」から配置される（図１６を参照）距離ＤＴの関数として、組織「Ｔ」に影響する寄与する物理的効果を示すチャートを含む。
【００９０】
図１８Ａおよび１８Ｂは、化学的効果、加熱効果、およびプラズマデバイス１１１２が組織「Ｔ」に対して有する混合効果としてのその２つの混合を示す（図１６を参照）。ＤＴ＞ＬＲ、３では、体積内のより励起された二次電子が、化学的効果および混合効果のために化学反応を強化するが、加熱効果は最小限であるか全く生じない。図１８Ａに示されるように、組織表面上の二次電子の衝突は、気体体積内および組織表面における両方の化学反応を強化する。二次電子放射は、さらに、ＤＴ＜ＬＲ３である場合に組織表面反応を強化するが、ＤＴ＜ＬＲ３の場合には電子刺激された表面反応を有しない。要するに、組織表面反応を強化するための励起二次電子放射について、式（４）の条件は、以下のように満たされる必要がある。
【００９１】
（４）０＜ＤＴ＜ＬＲ、３
図１８Ａは、さらに、内部電極１１２２が組織「Ｔ」（図１６を参照）に触れ、従ってＤＴ＜０となる条件を示す。内部電極１１２２が組織「Ｔ」に触れると、化学的効果は大部分がブロックされ、一方でバルク加熱効果が強化される。この場合は、Ｉ２Ｒまたはｊ２ρ（オームの）加熱が優勢となっている（ｄｏｍｉｎａｔｅｄ）。内部電極１１２２が組織「Ｔ」に触れると、内部電極は、組織へ熱を熱的に伝導させる。さらに、内部電極１１２２が、組織「Ｔ」（触れる場合）に静電結合され、そこへエネルギーを電気的に伝導させる。さらに、内部電極１１２２が組織に触れると、反応した組織は移動し、反応していない組織が露出する。
【００９２】
図１８Ｂを参照し、コーティングの効果を示すチャートが示される。コーティングは二次電子放射を強化し、それにより、表面加熱効果の促進と共に、ラジカル束および励起電子を増加させる。電極コーティング１１２４は、ラジカル密度を増加させ、化学的効果のための表面における組織反応を向上させる。加熱効果のために、電極コーティング１１２４は、ラジカル、二次および電子束を増加させ、組織上の表面反応を向上させる。
【００９３】
図１８Ｃを参照すると、組織に対して間隔を空けて内部電極１１２２を配置することの種々の効果が示される。図１８Ｃは内部電極１１２２を参照するが、いくつかの実施形態において、外部電極１１２４が、組織「Ｔ」に対して間隔を空けて配置され得、両方の電極１１２２および１１２４が、組織「Ｔ」に対して間隔を空けて配置され得、または作動範囲ＬＲ、１を有するシースが、組織「Ｔ」に対して間隔を空けて配置され得る。追加的にまたは代替的に、図１〜１６のうちのいずれかの１つを参照して記載されるように、１つ以上のプラズマデバイスは、図１８Ａ−１８Ｃの教示と組み合わせられ、目標の組織効果または結果を実現するように選択され得る。図１８Ｃに記載されるように化学的効果、加熱効果、方向性、選択性、またはいずれかの他の効果のうちのいずれか１つ以上を、所望の（または目標）効果として選択し得、図１〜１６（またはその同等物または組み合わせ）のいずれか１つを参照して記載されるように、プラズマデバイス、組織「Ｔ」に対するプラズマデバイスの位置、および／またはプラズマデバイスに印加される電力は、所望の組織効果を提供するように、調整または制御され得る。
【００９４】
図１８Ｃは、図１６のプラズマデバイス１１１２を参照して、以下のように記載される。電子シースが組織「Ｔ」に接しない場合（例えば、作動範囲ＬＲ、３を有するシース）、加熱効果は最小限（またはゼロ効果）であり、化学的効果は、組織から離れた横方向の拡散損失によって制限され、方向性が気体伝達に起因して存在し、かつ、選択性が存在し、化学的効果が優勢である。シースが組織に触れる場合、加熱効果は小さいまたは制限され、化学的効果は強く（化学的効果および電子束効果の両方）、方向性は最も強く（気体伝達および電子束の両方）、選択性は強い（化学および電子束効果の両方）。内部電極１１２２が組織「Ｔ」に触れる場合、加熱効果は強い効果であり、化学的効果は存在するが組織電極界面において低減され、いくらかの方向性が存在し、側面にいくらかの選択性が存在するが、組織電極界面において低減される。中心電極（例えば、内部電極１１２２）が組織へと延在する場合、加熱効果は最大であり、化学的効果は限られ（または最小限）、電極形状は方向性を支配し、選択性については、熱的効果が優勢となり、側面においていくつかの選択性が存在する。内部電極１１２２が組織へと延在する、または組織「Ｔ」に触れる場合、内部電極１１２２は、熱エネルギーを組織へ送達し、組織へ静電結合されるため、組織「Ｔ」を通る電力を伝導する。
【００９５】
図１９を参照すると、本開示に従う組織を加工するための方法１９００が示される。ステップ１９０２は、プラズマデバイスを提供する。ステップ１９０４は、組織効果を選択する。ステップ１９０４の組織効果は、図１８Ａに関して上述されるように、加熱効果、化学的効果および／または混合効果であり得る。ステップ１９０６は、選択された組織効果に従って、組織に対して間隔を空けて、プラズマデバイスを配置する。ステップ１９０８は、プラズマを生成する。ステップ１９１０は、二次電子放射を介して、二次的に放射された電子を放射する。二次電子は、１つ以上の選択された組織効果の１つ以上の大きさを実現するように制御され得る。
【００９６】
図２０を参照すると、本開示に従うプラズマ組織処理の方法２０００のフローチャート図が示される。ステップ２００２は、プラズマデバイスを提供する。ステップ２００４は、図１８Ｃに関して上述されているように、目標方向性および／または目標選択性を選択する。方向性二次電子は、組織切断の側面壁ではなく、底部に大部分が衝突する。底面の優先的照射により、方向性を有する組織除去が行われる。化学的ラジカル束および組織タイプの選択は組織除去率を変化させ、１つの組織タイプの除去を可能にするが、別の組織タイプの除去は可能にしない。１５より多い組織タイプの間での選択性が達成可能である。
【００９７】
ステップ２００６は、目標方向性および／または目標選択性に従い、加熱効果および／または化学的効果の目標の大きさを選択する。ステップ２００８は、（１）加熱効果の目標の大きさ、（２）化学的効果の目標の大きさ、（３）目標方向性、および／または（４）目標選択性に従って、プラズマデバイスを、組織に対して間隔を空けて配置する。表面加熱および化学的効果の選択された相対的な大きさは、選択された方向性および／または選択性の関数であり得る。ステップ２０１０は、組織表面上に衝突し得る（ＤＴ＞ＬＲ３）または衝突しないことがある（ＤＴ＜ＬＲ３）励起二次的放射電子を含むプラズマを生成する。
【００９８】
（実施例１）
実施例１について、プラズマ放出の実施例のグレイスケール写真を示す図２１を参照する。写真は、本開示に従う種々の領域を示す図を伴っている。図２１は、内部電極２１０２、外部電極２１０４、および励起電子シース層２１０６を示す。動作範囲ＬＲ、２およびＬＲ、３が識別される。励起電子シース層２１０６は、内部電極２１０２を中心とする領域の周囲に概して紫色を有するものとして写真撮影された。概して紫色の励起電子シース層２１０６の一般的な厚さは、内部電極２１０２の遠位端付近の約ＬＲ、３の厚さと、電子シース２１０６が外部電極２１０４内に延在を開始する領域内の約ＬＲ、２の厚さとを有した。プラズマシステムは、イオン化媒体としてヘリウム気体を利用して図１４および１５に示されるようにセットアップされ、これは、比較的高いσＡｒ（Ｅ）を有し、ヘリウム原子の比較的高い電子衝突断面のために、位置ＤＴにおいてＬＲ３が小さくなり、二次電子の欠如が生じる。原料化学のσｆｅｅｄｓｔｏｃｋ（Ｅ）は同様に作用する。
【００９９】
図２３は、本開示に従う図２１のプラズマ放出のカラー写真を示す。図２３も、内部電極２１０２、外部電極２１０４、および励起電子シース層２１０６を示す。動作範囲ＬＲ、２およびＬＲ、３が識別される。励起電子シース層２１０６は、内部電極２１０２を中心とする領域の周囲に概して紫色を有して示される。概して紫色の励起電子シース層２１０６の一般的な厚さは、内部電極２１０２の遠位端近くの約ＬＲ、３の厚さと、励起電子シース層２１０６が外部電極２１０４内へ延在を開始する領域内における約ＬＲ、２の厚さとを有する。
【０１００】
（実施例２）
実施例２について、プラズマ放出の一実施例のカラー写真を示す図２２を参照する。写真は、本開示に従う種々の領域を示す図面を伴っている。図２２は、内部電極２１０８、外部電極２１１０、および励起電子シース層２１１２を示す。動作範囲ＬＲ、２およびＬＲ、３が識別される。励起電子シース層２１１２は、内部電極２１０８を中心とする領域の周囲に概してオレンジ様の色を有するものとして撮影されている。概してオレンジ様の励起電子シース層２１１２の一般的な厚さは、内部電極２１０８の遠位端付近における約ＬＲ、３の厚さと、励起電子シース層２１０６が外部電極２１１０内への延在を開始する領域内の約ＬＲ、２の厚さとを有する。プラズマシステムが、比較的低いσを有するイオン化媒体としてアルゴン気体を利用して、図１４および１５に示されるようにセットアップされ、その結果として、ＬＲ３が大きくなり、位置ＤＴにおいて、多数の励起二次電子が生じる。オレンジ様のシース層を含んだプラズマ流出物は、延長された領域ＬＲ３において、実施例１のＬＲ３よりも明るくかつ大きく、励起電子との増大した衝突による気体原子のより効率的な励起を示す。さらに、プラズマ流出物は、作動距離ＬＲ３内の励起電子によって生成されると考えられる一致したより大きいオレンジ様の層を含んでいた。
【０１０１】
図２４は、本開示に従う図２２のプラズマ放出のカラー写真を示す。図２４も、内部電極２１０８、外部電極２１１０、および励起電子シース層２１１２６を示す。動作範囲ＬＲ、２およびＬＲ、３が識別される。励起電子シース層２１１２は、内部電極２１０８を中心とした領域の周囲に概してオレンジ色を有して示される。概してオレンジ様の励起電子シース層２１１２の一般的な厚さは、内部電極２１０８の遠位端付近の約ＬＲ、３の厚さと、励起電子シース層２１１２が外部電極２１１０内へ延在を開始する領域における約ＬＲ、２の厚さとを有する。
【０１０２】
本開示の例示的な実施形態を、添付の図面を参照して本明細書に記載したが、本開示はこれらの厳密な実施形態に制限されず、本開示の範囲または精神から逸脱せずに、当業者により、本開示に種々の他の変更および修正を行い得ることを理解すべきである。別の実施例は、体積内のラジカル束密度の中空陰極の強化と表面におけるＲＦを生じさせる、重複する作動距離ＬＲ１およびＬＲ２である。特に、上述のように、これは、プラズマ種の相対的投入の調節により、加工品表面上または反応性プラズマの体積において望まれる特定のプロセスに対するニーズに応えることを可能にする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に円筒形の管形状を有する内部電極であって、該内部電極は、該内部電極を通って画定される開口を有し、近位部を有している、内部電極と、
実質的に円筒形の管形状を有する外部電極であって、該内部電極の近位部の周囲で同軸上に配置された外部電極と、
実質的にトロイド状の形状を含む誘電体スペーサであって、該内部電極と該外部電極との間に配置された誘電体スペーサと
を備えている、プラズマデバイス。
【請求項２】
前記内部電極および前記外部電極は、イオン化媒体源へ連結するように構成されており、該イオン化媒体源は、該内部電極および該外部電極にイオン化媒体を供給するように構成されている、請求項１に記載のプラズマデバイス。
【請求項３】
前記内部電極および前記外部電極は、電源へ連結するように構成されており、該電源は、前記プラズマデバイスにおいて前記イオン化媒体を着火して、プラズマ流出物を形成するように構成されている、請求項２に記載のプラズマデバイス。
【請求項４】
前記内部電極の遠位端において該内部電極に連結された多孔質部材をさらに備え、該多孔質部材は、導電性多孔質材料から形成され、かつ、該導電性多孔質材料を通して前記プラズマ流出物を分散させて、広範囲のプラズマ流出物を生成するように構成されている、請求項３に記載のプラズマデバイス。
【請求項５】
前記外部電極は、前記内部電極の一部の周囲のみに配置されている、請求項１に記載のプラズマデバイス。
【請求項６】
イオン化媒体を受け取るように構成されたプラズマデバイスであって、
実質的に円筒形の管形状を有する誘電体筐体であって、該誘電体筐体の中に画定される開口を有する誘電体筐体と、
該誘電体筐体の開口内に配置される第１の電極および第２の電極であって、該第１の電極および該第２の電極は、所定の距離によって分離されており、該第２の電極は、導電性多孔質材料から形成され、かつ、該イオン化媒体を着火して、広範囲のプラズマ流出物を有するプラズマを形成するように構成されている、第１の電極および第２の電極と
を備えている、プラズマデバイス。
【請求項７】
前記第１の電極は、導電性金属から形成された実質的に円筒形のロッドであり、前記誘電体筐体内で同軸上に配置されている、請求項６に記載のプラズマデバイス。
【請求項８】
前記プラズマデバイスは、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された電極スペーサをさらに含み、該電極スペーサは、該第１の電極を前記誘電体筐体へ固定するように構成されている、請求項７に記載のプラズマデバイス。
【請求項９】
前記電極スペーサは、該電極スペーサを通した前記第１の電極の挿入のために適合された中央開口を含む、請求項８に記載のプラズマデバイス。
【請求項１０】
前記電極スペーサは、前記イオン化媒体の流量のための少なくとも１つの流動開口を含み、該少なくとも１つの流動開口は、前記中央開口の周囲で放射状に配置されている、請求項９に記載のプラズマデバイス。
【請求項１１】
前記第１の電極は、該第１の電極の少なくとも一部を覆う絶縁層を含む、請求項６に記載のプラズマデバイス。
【請求項１２】
前記絶縁層は、前記誘電体筐体と一体的に形成された絶縁層、および、前記第１の電極上に堆積された誘電体コーティングから形成された絶縁層のうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載のプラズマデバイス。
【請求項１３】
前記第１の電極は、導電性多孔質材料から形成されている、請求項６に記載のプラズマデバイス。
【請求項１４】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された誘電体スペーサをさらに備え、該誘電体スペーサは、多孔質誘電体材料から形成されている、請求項１３に記載のプラズマデバイス。
【請求項１５】
実質的に円盤状の形状を含む誘電体スペーサであって、該誘電体スペーサは、該誘電体スペーサにイオン化媒体を供給するように構成されたイオン化媒体源へ連結するように構成され、該誘電体スペーサは、該イオン化媒体を分散させるように構成された多孔質誘電体材料から形成されている、誘電体スペーサと、
該誘電体スペーサ内に配置された第１の電極および第２の電極と
を備え、
該第１の電極および該第２の電極は、電源に連結するように構成されており、該電源は、プラズマデバイスにおいて該イオン化媒体を着火してプラズマ流出物を形成するように構成されている、
プラズマデバイス。
【請求項１６】
前記誘電体スペーサは、該誘電体スペーサを通る前記イオン化媒体の流路を提供するように、少なくとも１つの開口を含む、請求項１５に記載のプラズマデバイス。
【請求項１７】
前記第１の電極および前記第２の電極は、導電性金属から形成された実質的に円筒形のロッドであり、該第１の電極および該第２の電極は、互に対して平行構成で、前記誘電体スペーサの中心から等距離に配置されている、請求項１５に記載のプラズマデバイス。
【請求項１】
実質的に円筒形の管形状を有する内部電極であって、該内部電極は、該内部電極を通って画定される開口を有し、近位部を有している、内部電極と、
実質的に円筒形の管形状を有する外部電極であって、該内部電極の近位部の周囲で同軸上に配置された外部電極と、
実質的にトロイド状の形状を含む誘電体スペーサであって、該内部電極と該外部電極との間に配置された誘電体スペーサと
を備えている、プラズマデバイス。
【請求項２】
前記内部電極および前記外部電極は、イオン化媒体源へ連結するように構成されており、該イオン化媒体源は、該内部電極および該外部電極にイオン化媒体を供給するように構成されている、請求項１に記載のプラズマデバイス。
【請求項３】
前記内部電極および前記外部電極は、電源へ連結するように構成されており、該電源は、前記プラズマデバイスにおいて前記イオン化媒体を着火して、プラズマ流出物を形成するように構成されている、請求項２に記載のプラズマデバイス。
【請求項４】
前記内部電極の遠位端において該内部電極に連結された多孔質部材をさらに備え、該多孔質部材は、導電性多孔質材料から形成され、かつ、該導電性多孔質材料を通して前記プラズマ流出物を分散させて、広範囲のプラズマ流出物を生成するように構成されている、請求項３に記載のプラズマデバイス。
【請求項５】
前記外部電極は、前記内部電極の一部の周囲のみに配置されている、請求項１に記載のプラズマデバイス。
【請求項６】
イオン化媒体を受け取るように構成されたプラズマデバイスであって、
実質的に円筒形の管形状を有する誘電体筐体であって、該誘電体筐体の中に画定される開口を有する誘電体筐体と、
該誘電体筐体の開口内に配置される第１の電極および第２の電極であって、該第１の電極および該第２の電極は、所定の距離によって分離されており、該第２の電極は、導電性多孔質材料から形成され、かつ、該イオン化媒体を着火して、広範囲のプラズマ流出物を有するプラズマを形成するように構成されている、第１の電極および第２の電極と
を備えている、プラズマデバイス。
【請求項７】
前記第１の電極は、導電性金属から形成された実質的に円筒形のロッドであり、前記誘電体筐体内で同軸上に配置されている、請求項６に記載のプラズマデバイス。
【請求項８】
前記プラズマデバイスは、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された電極スペーサをさらに含み、該電極スペーサは、該第１の電極を前記誘電体筐体へ固定するように構成されている、請求項７に記載のプラズマデバイス。
【請求項９】
前記電極スペーサは、該電極スペーサを通した前記第１の電極の挿入のために適合された中央開口を含む、請求項８に記載のプラズマデバイス。
【請求項１０】
前記電極スペーサは、前記イオン化媒体の流量のための少なくとも１つの流動開口を含み、該少なくとも１つの流動開口は、前記中央開口の周囲で放射状に配置されている、請求項９に記載のプラズマデバイス。
【請求項１１】
前記第１の電極は、該第１の電極の少なくとも一部を覆う絶縁層を含む、請求項６に記載のプラズマデバイス。
【請求項１２】
前記絶縁層は、前記誘電体筐体と一体的に形成された絶縁層、および、前記第１の電極上に堆積された誘電体コーティングから形成された絶縁層のうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載のプラズマデバイス。
【請求項１３】
前記第１の電極は、導電性多孔質材料から形成されている、請求項６に記載のプラズマデバイス。
【請求項１４】
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された誘電体スペーサをさらに備え、該誘電体スペーサは、多孔質誘電体材料から形成されている、請求項１３に記載のプラズマデバイス。
【請求項１５】
実質的に円盤状の形状を含む誘電体スペーサであって、該誘電体スペーサは、該誘電体スペーサにイオン化媒体を供給するように構成されたイオン化媒体源へ連結するように構成され、該誘電体スペーサは、該イオン化媒体を分散させるように構成された多孔質誘電体材料から形成されている、誘電体スペーサと、
該誘電体スペーサ内に配置された第１の電極および第２の電極と
を備え、
該第１の電極および該第２の電極は、電源に連結するように構成されており、該電源は、プラズマデバイスにおいて該イオン化媒体を着火してプラズマ流出物を形成するように構成されている、
プラズマデバイス。
【請求項１６】
前記誘電体スペーサは、該誘電体スペーサを通る前記イオン化媒体の流路を提供するように、少なくとも１つの開口を含む、請求項１５に記載のプラズマデバイス。
【請求項１７】
前記第１の電極および前記第２の電極は、導電性金属から形成された実質的に円筒形のロッドであり、該第１の電極および該第２の電極は、互に対して平行構成で、前記誘電体スペーサの中心から等距離に配置されている、請求項１５に記載のプラズマデバイス。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公表番号】特表２０１２−５２８４５４（Ｐ２０１２−５２８４５４Ａ）
【公表日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１３０２３（Ｐ２０１２−５１３０２３）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００５３９９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３８１０５
【国際公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（５９２２４６５８７）コロラド ステート ユニバーシティー リサーチ ファウンデーション (17)
【公表日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／００５３９９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１３８１０５
【国際公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（５９２２４６５８７）コロラド ステート ユニバーシティー リサーチ ファウンデーション (17)
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