一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器制造技术

一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器，属于极紫外光刻光源技术领域。它现有的脉冲变压器因使用材质为晶态合金的磁芯，而导致的磁感应强度增量较低、有效磁导率较低或无法用于大功率场合的问题。该脉冲变压器的磁芯为两块尺寸相同的铁基非晶磁环，所述两块铁基非晶磁环同轴重叠且相互固定；铁基非晶磁环的外径为300毫米，内径为100毫米，厚度为28毫米；初级线圈的匝数为10，次级线圈的匝数为40；初级绕线的直径为17毫米，其外表面为聚四氟乙烯套管，内部为并绕的多根漆包线；次级绕线的直径为8毫米，其外表面为聚四氟乙烯薄膜，内部为并绕的多根漆包线。本发明专利技术适用于极紫外光源用的主脉冲电源的压缩回路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种脉冲变压器，具体涉及一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器。
技术介绍
毛细管放电等离子体极紫外光刻光源是指采用Xe介质，在毛细管放电Z箍缩机制下获得波长为13.5nm、带宽为2％的辐射光输出，该辐射光能够实现精度为22nm，甚至更小的光刻。在毛细管放电过程中，高电压会使毛细管的内壁上形成一层Xe等离子体壳层，主脉冲放电时通过等离子体的强电流，受自身磁场作用，产生强大的洛仑兹力，使等离子体沿径向箍缩，简称Z箍缩。在等离子体压缩的过程中，等离子体因同时受到排斥力和欧姆加热而温度升高，进而碰撞Xe离子产生更高价态的Xe离子，当等离子体被压缩到半径最小时(约300μm)，实现极紫外光刻辐射光输出。等离子体压缩到最小半径时，毛细管内的等离子体是一个很细的等离子体柱，该等离子体柱中的每一个微小段均可视为一个点光源，该点光源将向四周4π立体角范围内均匀的辐射极紫外光，毛细管放电形成的极紫外光经极紫外光学收集系统，成像在中间焦点，从而实现焦点一定功率的波长为13.5nm、带宽为2％辐射光输出。毛细管放电等离子体极紫外光刻光源是利用高功率脉冲电源对负载放电，形成高温高密度的等离子体，从而实现极紫外光的辐射。高功率脉冲电源的性能决定了毛细管放电等离子体极紫外光刻光源的输出功率、重复频率以及使用寿命，而脉冲电源输出电流的上升沿决定了放电Z箍缩的过程，因此，为了提高光源输出功率和重复频率，需要对脉冲进行压缩，而脉冲变压器正是实现脉冲压缩回路的关键器件。铁芯是脉冲变压器的重要组成部分，铁芯的选择决定了脉冲变压器的体积、损耗等重要的性能指标。脉冲变压器的主要特点是：铁芯处于强烈脉冲磁化过程中，发生的一切电磁过程都是高速的、不对称的。由于涡流和磁通的变化率成正比，脉冲变压器铁芯中的涡流是极其显著的。对于脉冲变压器，希望采用饱和磁感应强度BS高，剩余磁感应强度Br与饱和磁感应强度BS差值小，矫顽力尽量小的磁芯材料。该磁芯材料在脉冲状态下能得到较高的磁感应强度增量和较高的脉冲磁导率，从而可以减少绕线的匝数，获得较大的激磁电感。软磁材料的矫顽力小，BS较大，Br/BS接近1，磁滞回线呈良好的矩形状态，因此软磁材料适合做脉冲变压器的磁芯。目前脉冲变压器中应用较多的软磁材料有硅钢、坡莫合金、铁氧体等晶态合金。硅钢虽然具有高的BS，但有效磁导率很低，产生的激磁电感很小；坡莫合金不仅价格昂贵，而且BS较低，有效磁导率不高；铁氧体虽然成本较低，但是它的工作点太低，一般用于小功率场合。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的脉冲变压器因使用材质为晶态合金的磁芯，而导致的磁感应强度增量较低、有效磁导率较低或无法用于大功率场合的问题，提出了一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器。本专利技术所述的一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器，该脉冲变压器的磁芯为两块尺寸相同的铁基非晶磁环，所述两块铁基非晶磁环同轴重叠且相互固定；铁基非晶磁环的外径为300毫米，内径为100毫米，厚度为28毫米；初级线圈的匝数为10，次级线圈的匝数为40；初级绕线的直径为17毫米，其外表面为聚四氟乙烯套管，内部为并绕的多根漆包线；次级绕线的直径为8毫米，其外表面为聚四氟乙烯薄膜，内部为并绕的多根漆包线。所述铁基非晶磁环的型号为1K101TH300×100×28，平均磁路长度LC为62.83cm，有效截面积SC为28cm2，磁环体积VC为1759.2cm3，在电源输入50Hz正弦波的情况下，磁通变化量△B≥1.6T；脉冲变压器的设计采用理论和试验相结合的方法，通过PSPICE仿真可知脉冲变压器初级脉冲电压峰值U1为10kV，初级脉冲电流峰值为2800A，脉冲宽度tk为11μs左右。初级线圈的匝数N1利用伏秒积平衡原理，根据公式(1)计算：N1=U1tkΔB1Sα---(1);]]>△B1为磁芯的磁通变化量，等于1.6T；S为磁芯的有效截面积，等于56cm2；α为磁芯层叠系数，选择0.8；取N1＝10，次级线圈的匝数N2＝4N1＝40匝，根据带铁芯的电感计算公式(2)估算初级磁化电感L1为：L1=μ0μrN12SLC=784μH---(2)]]>μ0为真空磁导率，μr为磁芯的相对磁导率；初级磁化电感L1的计算值784μH与仿真时所采用的600μH相近；绕线的直径根据线圈的等值电流和允许的电流密度来确定，对于干式脉冲变压器多层绕组时，电流密度j＝3～5A/mm2，忽略各绕组损耗并采用圆导线，按公式(3)和(4)确定初级绕线的直径d1和次级绕线的直径d2，Id1、Id2分别为初、次级线圈的有效电流；d1=1.13Id1j=17mm---(3)]]>d2=1.13Id2j=8mm---(4)]]>本专利技术所述的一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器，其磁芯为铁基非晶磁材质，其与晶态合金相比，剩余磁感应强度更大，磁通变化量更高，磁感应强度增量更高，在相同匝数下可以得到更高的伏秒数；有效磁导率更高，可以获得更高的能量传输效率；工作点较高，能够用于大功率的场合；矫顽力小，便于复位；电阻率大，绝缘强度高，是实现极紫外光源用电源中脉冲压缩回路的理想材料。附图说明图1是实施方式一中铁基非晶磁环的尺寸图，A为铁基非晶磁环的外径，B为铁基非晶磁环的外径，C为铁基非晶磁环的厚度。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器，该脉冲变压器的磁芯为两块尺寸相同的铁基非晶磁环，所述两块铁基非晶磁环同轴重叠且相互固定；铁基非晶磁环的外径为300毫米，内径为100毫米，厚度为28毫米；初级线圈的匝数为10，次级线圈的匝数为40；初级绕线的直径为17毫米，其外表面为聚四氟乙烯套管，内部为并绕的多根漆包线；次级绕线的直径为8毫米，其外表面为聚四氟乙烯薄膜，内部为并绕的多根漆包线。在本实施方式中，采用绝缘胶带将两块铁基非晶磁环重叠且相互固定，初级绕线的内部和次级绕线的内部均为并饶的四根直径为2毫米的漆包线，聚四氟乙烯材料的使用，充分考虑到了绕线的匝间绝缘、线圈与磁芯间的绝缘问题，缠绕后的脉冲变压器在不同频率下分别测试阻抗特性，测试结果如表1所示，从测试结果可以看出缠绕的脉冲变压器符合
要求。表1 缠绕后的脉冲变压器在不同频率下的阻抗特性具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器的进一步限定，铁基非晶磁环的型号为1K101TH300×100×28。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器，其特征在于，该脉冲变压器的磁芯为两块尺寸相同的铁基非晶磁环，所述两块铁基非晶磁环同轴重叠且相互固定；铁基非晶磁环的外径为300毫米，内径为100毫米，厚度为28毫米；初级线圈的匝数为10，次级线圈的匝数为40；初级绕线的直径为17毫米，其外表面为聚四氟乙烯套管，内部为并绕的多根漆包线；次级绕线的直径为8毫米，其外表面为聚四氟乙烯薄膜，内部为并绕的多根漆包线。

【技术特征摘要】
1.一种极紫外光源的主脉冲电源专用脉冲变压器，其特征在于，该脉冲变压器的磁芯为两块尺寸相同的铁基非晶磁环，所述两块铁基非晶磁环同轴重叠且相互固定；铁基非晶磁环的外径为300毫米，内径为100毫米，厚度为28毫米；初级线圈的匝数为10，次级线圈的匝数为40；初级绕线的直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骐，吕鹏，徐强，赵永蓬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23