高强度电磁辐射装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于产生电磁辐射的装置和产生电磁辐射的方法。该装置包括：a)电绝缘的流发生器，其被配置成生成沿封套内表面的液体流，其中所述电绝缘的流发生器包括电导体和围绕所述导体的电绝缘；b)第一和第二电极，其被配置成在封套内生成电弧，以便产生电磁辐射；以及c)到所述第一电极的电连接，其中所述电连接包括所述电绝缘的流发生器的所述导体，并且所述电绝缘围绕所述第一电极和所述导体。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

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1_，且厚度很少超过2.5_。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力口。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至IJ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，并可能减弱镟润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O. 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。本专利技术人意识至IJ，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)电绝缘的流发生器，其被配置成生成沿封套内表面的液体流，其中所述电绝缘的流发生器包括电导体和围绕所述导体的电绝缘；b)第一和第二电极，其被配置成在封套内生成电弧，以便产生电磁辐射；以及c)到所述第一电极的电连接，其中所述电连接包括所述电绝缘的流发生器的所述导体，并且所述电绝缘围绕所述第一电极和所述导体。

【技术特征摘要】

【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：