操作氙准分子灯的方法和包含准分子灯的灯系统技术方案

操作氙准分子灯的已知方法包括如下步骤：(a)在超过80mW/cm

A method of operating a xenon excimer lamp and a light system containing a excimer lamp

The known methods for operating the xenon excimer light include the following steps: (a) over 80mW/cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】操作氙准分子灯的方法和包含准分子灯的灯系统说明书本专利技术涉及操作氙准分子灯的方法，所述氙准分子灯包括由石英玻璃制成的出射窗，所述方法包括如下工艺步骤：(a)在超过80mW/cm2的辐射强度下操作准分子灯，和(b)控制准分子灯的温度至操作温度。此外，本专利技术还涉及灯系统，其包括具有由石英玻璃制成的出射窗的氙准分子灯，以及包括用于调节准分子灯操作温度的控温单元，由此将准分子灯设计用于在超过80mW/cm2的辐射强度下操作。将在本专利技术意义上的包括具有含氙气填充气体的准分子灯的灯系统设计用于在约172nm的波长下发射高能辐射。它们例如用于有机材料的降解、用于表面清洁或活化或用于CVD工艺中，例如用于半导体或显示器制造工业。现有技术已知的准分子灯包括具有放电空间的闭合放电容器。放电空间填充有填充气体，该填充气体适用于发射准分子辐射。放电容器进一步包括由石英玻璃制成的出射窗，其用于由准分子灯产生的辐射。准分子(受激发二聚体)是短寿命的分子，其仅存在于激发态并当它们返回它们的非束缚基态时发射出窄谱范围的辐射。由准分子灯发射出的辐射的波长取决于填充气体。填充氙气的准分子灯(氙准分子灯)主要发射在约172nm波长下的真空紫外辐射(VUV辐射)。在操作过程中氙准分子灯达到的辐射强度取决于其操作的电功率。就此而言，在功率消耗和辐射强度之间基本存在线性相关性。图1以示例的方式显示了一个示意图，该示意图显示了作为功率消耗函数的氙准分子灯的辐射强度。但是，也不可能通过增加操作功率将准分子灯的辐射强度增加到任意水平。这主要归因于石英玻璃的材料性能，即其温度依赖性透射。这可根据Urbach通过经验公式(这也称作“Urbach带尾”)描述。Urbach带尾定义了波长λ的光子透射的下限；这对于所有石英玻璃都是通用的，无论是石英玻璃由合成制得的起始材料还是天由然源的起始材料制备。已知Urbach带尾的水平是温度依赖性的并且随着石英玻璃的温度增加向更长波长方向移动(也参见图3)。Urbach带尾的位移对于准分子灯发射的辐射光谱有影响。氙准分子灯不发射单色辐射，而是发射如下辐射：峰在172nm波长处且谱峰半高宽为约15nm(FWHM)。Urbach带尾的位移尤其导致发射辐射的高能部分随着灯的石英玻璃的温度增加而增加地被吸收。因此，使用常规的准分子灯，在石英玻璃表面通常仅能获得小于80mW/cm2的辐射强度。这些准分子灯的有用寿命通常为数千小时。为了能够在高辐射强度，尤其是大于80mW/cm2(所谓的高性能准分子灯)下持续操作氙准分子灯，需要积极冷却灯管，例如通过借助风扇的强制冷却或通过经由后侧的灯表面的增强热传导而进行。控制温度至给定操作温度的准分子灯是已知的，例如M.Paravia的博士论文(Paravia,M；2010；EffizienterBetriebvonXenon-Excimer-EntladungenbeihoherLeistungsdichte[博士论文]；KITKarlsruhe；第48-50页)。在该文章中，讨论了20℃≤T≤180℃的范围作为待调节的操作温度T的可能温度范围。但是，明显的是，在高功率和低操作温度下操作的氙准分子灯通常具有短的有用寿命，绝大多数小于1000小时。本专利技术的技术目的因此，本专利技术基于如下目的：设计出一种在大于80mW/cm2的高辐射强度下，同时有利于氙准分子灯长的有用寿命的操作氙准分子灯的方法。此外，本专利技术基于如下目的：设计出一种包括准分子灯的灯系统，所述准分子灯包括长的有用寿命。专利技术一般描述对于方法，根据本专利技术，上述目的基于一种上述方法而解决，其中将准分子灯温度控制到181-199℃的操作温度。本专利技术基于如下发现，在高辐射强度和低石英玻璃温度下操作的高性能准分子灯的短有用寿命是由石英玻璃中的缺陷中心的形成引起的。这些可由于放电空间中的等离子体和石英玻璃之间的相互作用而造成。在准分子灯操作过程中在放电空间中产生的等离子体尤其含有电子和离子，由于它们的电荷，使得它们可以在准分子灯的E-场中被适当加速，这使得它们高能撞击准分子灯的石英玻璃的内表面。这导致石英玻璃受损，其导致具有特征吸收带，尤其是在紫外区域的特征吸收带的缺陷中心的累积。另一方面，高能光子也可在石英玻璃中产生辐射损害。这些缺陷中心也被称作“色心”。缺陷中心的吸收带可损害具有约172nm的波长的有效辐射的透射。因此，在所有类型的石英玻璃中均观察到所谓的E‘中心(Si°)的显现。下述反应产生了具有用于UV辐射的宽吸收带(其峰位于215nm)的E‘中心：Si-H+(hv,e-,离子)→Si°+H。类似地，在含OH的石英玻璃中经由如下反应产生了所谓的NBOH缺陷中心：Si-OH+(hv,e-,离子)→SiO°+H,由此，如上面那样，产生了具有宽吸收带(峰位于265nm处的)缺陷中心。缺陷中心的显现是石英玻璃温度的函数。特别是在约20℃的低温下，观察到这些中心的增加。为了减少缺陷中心的出现并使得已经出现的缺陷中心消退，需要保持石英玻璃的最小温度，尤其是为了提供用于消退的活化能。已经发现，用于消退所出现的缺陷中心的最佳石英玻璃温度为181℃-199℃。位于所述范围的温度一方面适用于对抗与缺陷中心相关的辐射损失，另一方面该范围的温度足够低以保持Urbach带尾对氙准分子光谱的影响低。200℃或更高的石英玻璃温度与石英玻璃的降低的透射相关。在低于181℃的温度下，仅观察到很少的缺陷中心消退。因此，用于操作高性能氙准分子灯的最佳温度范围为上述范围。已经证明有利的是，操作温度尽可能接近于199℃的上限。有利的是，将准分子灯控温至191-199℃，特别优选195-199℃的操作温度。这样，氙准分子灯可以用大于80mW/cm2，尤其是85-125mW/cm2的辐射强度操作超过1000小时。辐射强度是准分子灯发射至距准分子灯一定距离的表面的辐射能量的量度。在上下文中所述的辐射强度均指距出射窗表面1cm距离。出射窗是放电容器的区域，其设计为发射辐射。其包括良好透射紫外辐射-特别是与放电容器的其他区域相比-并且由石英玻璃制造。出射窗可以采用各种形状，例如其可以是扁平、曲线、圆形或设计为如环形间隙。181-199℃范围的最佳操作温度主要对出射窗调节。温度在所述范围的出射窗的部分越大，获得更好的所需的效果。已经证明有利的是，为准分子灯的温度控制提供控制单元，所述控制单元测定操作温度的实际值，将操作温度的实际值与操作温度的名义值比较，并向温度控制单元发出控制信号，以调节温度控制单元的冷却/加热功率。控制单元贡献于准分子灯操作温度，使之尽可能均匀，从而使得有效对抗缺陷中心的形成。有利的是，工艺步骤(b)的温度控制借助风扇进行。准分子灯的出射窗的温度调节可使用风扇容易且廉价地进行。此外，风扇的风机功率容易调节。借此，由风扇移动的液体量可迅速适应于当前的环境温度。已经证明方便的是，准分子灯包括灯管，该灯管包括出射窗，该出射窗限定了放电空间，以及包括与出射窗相对的后侧灯管表面，还方便的是，借助引导经过后侧灯管表面上流体进行工艺步骤(b)的温度控制。对于许多应用领域，准分子辐射朝向预定的辐射区域。因此，准分子灯经常包括照明灯管部分形式的出射窗。为了使得准分子辐射朝向放电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
操作氙准分子灯的方法，所述氙准分子灯包括由石英玻璃制成的出射窗，所述方法包括如下工艺步骤：(a)在超过80mW/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.13 DE 102015111284.11.操作氙准分子灯的方法，所述氙准分子灯包括由石英玻璃制成的出射窗，所述方法包括如下工艺步骤：(a)在超过80mW/cm2的辐射强度下操作准分子灯，和(b)控制准分子灯的温度至操作温度；其特征在于将准分子灯温度控制到181-199℃的操作温度。2.根据权利要求1的方法，其特征在于将准分子灯温度控制到195-199℃的操作温度。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在85-125mW/cm2的辐射强度下操作准分子灯。4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，对于准分子灯的温度控制，提供控制单元，所述控制单元测定操作温度的实际值，将操作温度的实际值与操作温度的名义值比较，并向温度控制单元发出控制信号，以调节温度控制单元的冷却/...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·阿诺德，FJ·席林，
申请(专利权)人：贺利氏特种光源有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE