高强度电磁辐射装置与方法制造方法及图纸

一种用于产生电磁辐射的装置，包括配置成沿封套的内表面生成液体流的流发生器，配置成在封套中生成电弧以便产生电磁辐射的第一和第二电极，及向外延伸超过一个电极、配置成容纳一部分液体流的排放室。在另一方面，流发生器是电绝缘的。在另一方面，电极配置成生成电放电脉冲以便产生辐照闪光，而且该装置包括配置成从液体去除粒子污染物的去除设备，其中粒子污染物是在闪光过程中释放的而且不同于电极在连续工作过程中所释放的粒子污染物。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及辐照，尤其涉及用于产生电磁辐射的方法与装置。
技术介绍
弧光灯已经用于为多种目的产生电磁辐射。通常，弧光灯包括用于产生连续辐照的连续或直流弧光灯及用于产生辐照闪光的闪光灯。连续或直流弧光灯已经用于从日光模拟到半导体晶片快速热处理的应用。典型的传统直流弧光灯包括安装在充有诸如氙或氩的惰性气体的石英封套(quartz envelope)中的两个电极，即，阴极和阳极。有一电功率供给用于维持电极之间的连续等离子体弧。在等离子体弧中，等离子体通过粒子碰撞由高电流加热到高温并以对应于在电极之间流动的电流的强度发射电磁辐射。闪光灯在有些方面类似于连续弧光灯，但在其它方面不同。不是使用恒定的电流产生连续的辐射输出，而是电容器组或其它脉冲电源通过电极突然放电，以便在电极之间产生等离子体弧形式的高能量电放电脉冲。与连续弧光灯一样，等离子体由放电脉冲的大电流加热并发射突然闪光形式的光能，该突然闪光的持续时间对应于电放电脉冲的持续时间。例如，一些闪光的持续时间可以是大约一毫秒，尽管其它持续时间也可以实现。不象典型地在准静态压力和温度条件下工作的连续弧光灯，闪光灯的典型特征在于闪光过程中压力和温度大而突然的变化。历史上，高功率闪光灯的一种主要应用是激光泵浦。作为一种更近些时候的例子，高功率闪光灯用于通过以大约五兆瓦特的功率辐照晶片表面大约一毫秒的脉冲持续时间来使半导体晶片退火。传统闪光灯的冷却典型地包括只冷却封套的外表面，而不是内表面。尽管利用周围空气的简单对流冷却对于低功率应用是足够的，但高功率应用常常需要封套的外侧通过强迫通风或其它气体冷却，或者对于更高功率的应用，通过水或其它液体冷却。这种传统的高功率闪光灯趋向于遭受多种难点和缺点。趋向于限制这种灯的寿命的一个因素是石英封套的机械强度，其厚度典型地是大约1mm，且厚度很少超过2.5mm。在这方面，尽管增加石英封套的厚度增加了其机械强度，但附加的石英材料在封套的冷却的外表面和被等离子体弧加热的封套内表面之间提供了增加的绝缘。因此，管越厚，外部冷却剂就越难从封套的内表面带走热量。因此，越厚封套的内表面被加热到越高的温度，导致封套中越高的热梯度，这趋向于造成热应力破裂，最终导致封套故障。因此，在传统闪光灯中，封套的厚度及由此其机械强度是受限的。这又会限制封套抵抗由于封套中气压显著快速变化造成的机械应力的能力，其中气压的显著快速变化是由于闪光过程中弧温度和直径的快速增加导致的。传统灯的另一难点涉及石英封套的烧蚀(ablation)，主要是由于石英材料从加热的封套内表面的蒸发。这种烧蚀趋向于使弧气体被氧污染。由于大部分商用弧光灯是密封系统而不是再循环的，因此这种污染物在弧气体中的累积趋向于造成灯的辐射输出随时间而下降。闪光灯辐射输出的这种变化对于许多应用可能是不期望的，如强烈需要再现性的半导体退火。这些污染物的累积还趋向于使灯较难启动。传统闪光灯的另一缺点是由于材料从电极的溅射导致的，所述电极典型地由钨或钨合金制成。在这方面，电子的突然发射和由此产生的弧会从阴极溅射或发射显著量的材料。以较小的程度，突然的电子轰击和弧的热量会造成阳极尖端的部分熔化，还会导致阳极材料的释放。因此，溅射的沉积物趋向于在封套的内表面上累积，由此降低灯的辐射输出，并造成其辐射模式随时间变得越来越不均匀。此外，封套内表面上的这种沉积物趋向于被闪光加热，由此增加封套中的局部热应力，这可能最终导致封套的破裂和故障。材料的这种损失还降低了电极的寿命。传统闪光灯的另一缺点是弧本身的辐射发射的相对差的再现性。有些传统灯在闪光之间维持电极之间的低电流连续直流放电，称为空闲电流或酝酿电流(simmer current)。传统灯中酝酿电流的目的主要是充分加热阴极，以便开始发射电子，尽管酝酿电流还提供了气体的至少某种预电离，但这减少了溅射并由此增加了灯的寿命。酝酿电流典型地小于一安培，而且在传统闪光灯中通常不能在不造成电极过热和溅射的情况下显著增加。因此，本专利技术人观察到了传统闪光灯中在从酝酿电流到峰值闪光电流的过渡中发生的弧电流的大变化趋向于以相对不一致的方式发生，从而导致差的闪光再现性特性。因此，需要改进的闪光灯和方法。
技术实现思路
在解决以上需求时，本专利技术人已经研究了连续或直流弧光灯的修改，其中封套的内表面由旋涡液体流冷却，如例如在共同所有的美国专利No.6,621,199、4,937,490和4,700,102及更早的美国专利号4,027,185中所公开的那些，这些专利的全部公开内容通过引用结合于此。尽管本专利技术人之一先前已经描述了这种水墙连续弧光灯结合脉冲电源充当闪光灯的修改使用，但通常典型地认为这种水墙弧光灯对于闪光灯应用是不理想的。在这方面，闪光过程中弧温度和直径的很大增加可能对封套中的液体和气体流有显著影响。如果内部冷却液体沸腾并产生蒸汽，则封套中压力大而突然的增加会进一步增加，由此进一步增加压力，从而可能导致封套故障。压力的这种相同的突然增加会使旋涡液体墙对着封套的内表面而被推动，由此将液体沿远离灯中心的相反方向轴向向外推，向着电极并经过电极。这会导致液体突然回溅到电极上，从而可能会将弧熄灭，并且还可能会降低电极的寿命。此外，就这种压力增加将液体向着阴极回推而言，这个方向上的背压(back-pressure)抵抗泵的压力，并可能减弱漩涡液体流发生器部件的机械连接。此外，本专利技术人发现，作为闪光灯的这种水墙弧光灯的工作趋向于产生与由同类型灯在连续或直流模式工作所导致的污染物不同的粒子污染物。特别地，本专利技术人发现，小到0.5到2微米的钨粒子趋向于由电极在闪光模式下释放，而由同类型灯在连续或直流模式工作时所导致的粒子污染物典型地包括不小于5微米的粒子。现有的水墙弧光灯过滤系统典型地不适于去除特别是由于闪光模式工作所导致的较小粒子污染物。本专利技术人意识到，液体冷却剂中这种小的粒子污染物的累积趋向于随时间而改变灯的输出功率和谱，由此不期望地降低由灯产生的闪光的再现性。本专利技术人还意识到对于有些超高功率的应用，需要采用彼此很接近的多个闪光灯，以便允许这种灯同时或同期一起闪光。但是，典型的现有水墙弧光灯有安装在封套径向距离之外的非绝缘金属流发生器部件。除了它们的导电性，金属流发生器部件典型地还用作到阴极的电连接，以便有效地将阴极连接到电容器组或其它脉冲电源的负端子。因此，在闪光过程中，流发生器部件处于与阴极相同的负电位。因此，每个灯的导电部件，如例如其接地的反射器，必须保持与每个相邻灯的流发生器足够远，以防止从一个灯的流发生器到相邻灯的接地反射器或其它导电部件的通过周围空气的起弧。这趋向于在相邻灯之间强加不期望的大的最小间距。根据本专利技术的一方面，提供了一种用于产生电磁辐射的装置。该装置包括配置成生成沿封套内表面的液体流的流发生器，及配置成在封套中生成电弧以便产生电磁辐射的第一和第二电极。该装置还包括向外延伸超过一个电极、配置成容纳一部分液体流的排放室(exhaust chamber)。已经发现这种排放室对于闪光灯和连续弧光灯应用都是有利的。在这方面，排放室的存在趋向于增加弧与液体流开始崩溃的位置之间的距离。因此，排放室趋向于减少由于液体流崩溃导致的湍流对弧的影响，由此提高弧的稳定性。因此，对于连续和闪光灯应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生电磁辐射的装置，该装置包括：　　　　ａ）流发生器，配置成生成沿封套内表面的液体流；　　　　ｂ）第一和第二电极，配置成在封套中生成电弧，以便产生电磁辐射；及　　　　ｃ）排放室，向外延伸超过一个所述电极，配置成容纳一部分所述液体流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于产生电磁辐射的装置，该装置包括a)流发生器，配置成生成沿封套内表面的液体流；b)第一和第二电极，配置成在封套中生成电弧，以便产生电磁辐射；及c)排放室，向外延伸超过一个所述电极，配置成容纳一部分所述液体流。2.如权利要求1所述的装置，其中所述排放室轴向向外延伸得足够远，超过所述一个所述电极，以便将所述一个所述电极与由于所述排放室中所述液体流的崩溃导致的湍流隔离。3.如权利要求1所述的装置，其中所述流发生器配置成生成从所述液体流径向向内的气体流，而且其中所述排放室延伸得足够远，超过所述一个所述电极，以便将所述一个所述电极与由于所述液体和气体流的混合导致的湍流隔离。4.如权利要求1所述的装置，其中所述电极配置成生成电放电脉冲，以便产生辐照闪光，而且其中所述排放室具有足够的容积来容纳通过由于所述电放电脉冲导致的压力脉冲向外推的一体积的所述液体。5.如权利要求1所述的装置，其中所述第二电极包括阳极，而且其中所述排放室轴向向外延伸超过所述阳极。6.如权利要求1所述的装置，其中所述流发生器是电绝缘的。7.如权利要求6所述的装置，还包括围绕所述流发生器的电绝缘。8.如权利要求7所述的装置，其中所述流发生器包括导体。9.如权利要求7所述的装置，其中所述第一电极包括阴极，而且其中所述电绝缘围绕所述阴极及到该阴极的电连接。10.如权利要求9所述的装置，还包括所述电连接，而且其中所述电连接包括所述流发生器。11.如权利要求7所述的装置，其中围绕所述流发生器的所述电绝缘包括所述封套。12.如权利要求11所述的装置，其中围绕所述流发生器的所述电绝缘还包括绝缘罩。13.如权利要求12所述的装置，其中所述绝缘罩围绕至少部分所述封套。14.如权利要求13所述的装置，其中所述电绝缘还包括所述绝缘罩和所述封套的所述部分之间的空间中的压缩气体。15.如权利要求11所述的装置，其中所述封套包括透明圆柱管。16.如权利要求15所述的装置，其中所述管具有至少四毫米的厚度。17.如权利要求15所述的装置，其中所述管包括精膛圆柱管。18.如权利要求12所述的装置，其中所述绝缘罩包括塑料和陶瓷中的至少一种。19.如权利要求6所述的装置，其中所述第一和第二电极包括阴极和阳极，所述阴极具有比所述阳极短的长度。20.如权利要求6所述的装置，其中所述第一电极包括具有突出长度的阴极，它沿该突出长度轴向向内、向着装置的中心突出，超过封套中装置的次最内部件，而且其中所述突出长度小于所述阴极的直径的两倍。21.如权利要求20所述的装置，其中所述突出长度足够长，以便防止所述电弧在所述流发生器与所述第二电极之间发生。22.一种系统，包括多个如权利要求6所限定的装置，配置成辐照一共同目标。23.如权利要求22所述的系统，其中所述多个装置配置成辐射半导体晶片。24.如权利要求22所述的系统，其中所述多个装置配置成彼此并联。25.如权利要求24所述的系统，其中所述多个装置中的每个装置排列在与所述多个装置中的相邻装置相对的方向上，使得所述多个装置中的所述每个装置的阴极与所述多个装置中的所述相邻装置的阳极相邻。26.如权利要求22所述的系统，还包括单个循环设备，配置成向所述多个装置中的每个装置的所述流发生器提供液体。27.如权利要求6所述的装置，还包括在所述封套外并从所述第一电极的附近延伸到所述第二电极的附近的导电反射器。28.如权利要求6所述的装置，还包括与所述电极电联系的多个电源电路。29.如权利要求28所述的装置，还包括配置成将所述多个电源电路中的至少一个与所述多个电源电路中的至少另一个隔离的隔离器。30.如权利要求6所述的装置，其中每个所述电极包括用于容纳通过其中的冷却剂流的冷却剂通道。31.如权利要求30所述的装置，其中至少一个所述电极包括具有至少一厘米厚度的钨尖端。32.如权利要求30所述的装置，其中所述电极配置成生成电放电脉冲，以便产生辐照闪光，而且还包括配置成在所述第一和第二电极之间生成空闲电流的空闲电流电路。33.如权利要求32所述的装置，其中所述空闲电流电路配置成在所述电放电脉冲之前的一时间段内生成所述空闲电流，所述时间段比所述液体流通过所述封套所需的流体通过时间长。34.如权利要求32所述的装置，其中所述空闲电流电路配置成生成至少大约1×102安培的电流作为所述空闲电流。35.如权利要求32所述的装置，其中所述空闲电流电路配置成在至少大约1×102毫秒内生成至少大约4×102安培的电流作为所述空闲电流。36.一种用于产生电磁辐射的装置，该装置包括a)用于生成沿封套内表面的液体流的装置；b)用于在封套中生成电弧以便产生电磁辐射的装置；及c)用于容纳一部分所述液体流的装置，所述用于容纳的装置向外延伸超过所述用于生成的装置。37.如权利要求36所述的装置，其中所述用于容纳的装置包括用于将所述一个所述电极与由于所述用于容纳的装置中所述液体流崩溃导致的湍流隔离的装置。38.如权利要求36所述的装置，还包括用于生成从所述液体流径向向内的气体流的装置，而且其中所述用于容纳的装置包括用于将所述一个所述电极与由于所述液体和气体流崩溃导致的湍流隔离的装置。39.如权利要求36所述的装置，其中所述用于生成电弧的装置包括用于生成电放电脉冲以便产生辐照闪光的装置，而且其中所述用于容纳的装置包括容纳通过由于所述电放电脉冲导致的压力脉冲向外推的一体积的所述液体。40.一种产生电磁辐射的方法，该方法包括a)生成沿封套的内表面的液体流；b)在第一和第二电极之间、在封套中生成电弧，以便产生电磁辐射；及c)在排放室中容纳一部分所述液体流，所述排放室向外延伸超过一个所述电极。41.如权利要求40所述的方法，其中容纳包括将所述一个所述电极与由于所述排放室中所述液体流崩溃导致的湍流隔离。42.如权利要求40所述的方法，还包括生成从所述液体流径向向内的气体流，而且其中容纳包括将所述一个所述电极与由于所述液体和气体流崩溃导致的湍流隔离。43.如权利要求40所述的方法，其中生成电弧包括生成电放电脉冲以便产生辐照闪光，而且其中容纳包括容纳通过由于所述电放电脉冲导致的压力脉冲向外推的一体积的所述液体。44.如权利要求40所述的方法，其中生成液体流包括利用电绝缘的流反射器生成液体流。45.一种包括控制多个如权利要求44所限定的装置来辐照一共同目标的方法。46.如权利要求45所述的方法，其中控制包括控制多个装置来辐照半导体晶片。47.如权利要求45所述的方法，其中控制包括使所述多个装置中的每个装置生成与所述多个装置中的每个相邻装置的电弧方向相对的方向上的所述电弧。48.如权利要求44所述的方法，还包括将多个电源电路中的至少一个与所述多个电源电路中的至少另一个隔离。49.如权利要求44所述的方法，还包括冷却所述第一和第二电极。50.如权利要求49所述的方法，其中冷却包括通过所述第一和第二电极相应的冷却剂通道来循环液体冷却剂。51.如权利要求49所述的方法，其中生成所述电弧包括生成电放电脉冲以便产生辐照闪光，而且还包括在所述第一和第二电极之间生成空闲电流。52.如权利要求51所述的方法，其中生成所述空闲电流包括在所述电放电脉冲之前的一时间段内生成所述空闲电流，所述时间段比所述液体流通过所述封套所需的流体通过时间长。53.如权利要求51所述的方法，其中生成所述空闲电流包括生成至少大约1×102安培的电流作为所述空闲电流。54.如权利要求51所述的方法，其中生成所述空闲电流包括在至少大约1×102毫秒内生成至少大约4×102安培的电流作为所述空闲电流。55.一种用于产生电磁辐射的装置，该装置包括a)电绝缘的流发生器，配置成生成沿封套内表面的液体流；及b)第一和第二电极，配置成在封套内生成电弧，以便产生电磁辐射。56.如权利要求55所述的装置，还包括围绕所述流发生器的电绝缘。57.如权利要求56所述的装置，其中所述流发生器包括导体。58.如权利要求56所述的装置，其中所述第一电极包括阴极，而且其中所述电绝缘围绕所述阴极及到该阴极的电连接。59.如权利要求58所述的装置，还包括所述电连接，而且其中所述电连接包括所述流发生器。60.如权利要求56所述的装置，其中围绕所述流发生器的所述电绝缘包括所述封套。61.如权利要求60所述的装置，其中围绕所述流发生器的所述电绝缘还包括绝缘罩。62.如权利要求61所述的装置，其中所述绝缘罩围绕至少部分所述封套。63.如权利要求62所述的装置，其中所述电绝缘还包括所述绝缘罩与所述封套的所述部分之间的空间中的气体。64.如权利要求63所述的装置，还包括与所述绝缘罩的内表面和所述封套的所述部分的外表面配合以便将所述气体密封到所述空间中的一对彼此隔开的密封。65.如权利要求64所述的装置，其中所述气体是压缩的。66.如权利要求60所述的装置，其中所述封套包括透明圆柱管。67.如权利要求66所述的装置，其中所述管具有至少四毫米的厚度。68.如权利要求67所述的装置，其中所述管具有至少五毫米的厚度。69.如权利要求66所述的装置，其中所述管包括精膛圆柱管。70.如权利要求69所述的装置，其中所述精膛圆柱管具有至少低到5×10-2毫米的尺度容差。71.如权利要求66所述的装置，其中所述管包括石英。72.如权利要求71所述的装置，其中所述管包括纯石英。73.如权利要求71所述的装置，其中所述管包括掺铈石英。74.如权利要求66所述的装置，其中所述管包括蓝宝石。75.如权利要求61所述的装置，其中所述绝缘罩包括塑料和陶瓷中的至少一种。76.如权利要求55所述的装置，其中所述第一和第二电极包括阴极和阳极，所述阴极具有比所述阳极短的长度。77.如权利要求55所述的装置，其中所述第一电极包括具有突...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫玛尔科穆卡穆，陈志成，里克杜兰，托尼休伊特，阿恩克约韦尔，托尼科马萨，迈克克拉斯尼希，史蒂夫麦科伊，约瑟夫雷耶斯，伊戈鲁迪克，卢德米拉舍佩列夫，格雷戈斯图尔特，蒂尔曼斯鲁姆，阿历克斯维埃尔，
申请(专利权)人：加拿大马特森技术有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]