高強度電磁輻射裝置與方法制造方法及圖紙

一種用于產生電磁輻射的裝置，包括配置成沿封套的內表面生成液體流的流發生器，配置成在封套中生成電弧以便產生電磁輻射的第一和第二電極，及向外延伸超過一個電極、配置成容納一部分液體流的排放室。在另一方面，流發生器是電絕緣的。在另一方面，電極配置成生成電放電脈沖以便產生輻照閃光，而且該裝置包括配置成從液體去除粒子污染物的去除設備，其中粒子污染物是在閃光過程中釋放的而且不同于電極在連續工作過程中所釋放的粒子污染物。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及輻照，尤其涉及用于產生電磁輻射的方法與裝置。
技術介紹
弧光燈已經用于為多種目的產生電磁輻射。通常，弧光燈包括用于產生連續輻照的連續或直流弧光燈及用于產生輻照閃光的閃光燈。連續或直流弧光燈已經用于從日光模擬到半導體晶片快速熱處理的應用。典型的傳統直流弧光燈包括安裝在充有諸如氙或氬的惰性氣體的石英封套(quartz envelope)中的兩個電極，即，陰極和陽極。有一電功率供給用于維持電極之間的連續等離子體弧。在等離子體弧中，等離子體通過粒子碰撞由高電流加熱到高溫并以對應于在電極之間流動的電流的強度發射電磁輻射。閃光燈在有些方面類似于連續弧光燈，但在其它方面不同。不是使用恒定的電流產生連續的輻射輸出，而是電容器組或其它脈沖電源通過電極突然放電，以便在電極之間產生等離子體弧形式的高能量電放電脈沖。與連續弧光燈一樣，等離子體由放電脈沖的大電流加熱并發射突然閃光形式的光能，該突然閃光的持續時間對應于電放電脈沖的持續時間。例如，一些閃光的持續時間可以是大約一毫秒，盡管其它持續時間也可以實現。不象典型地在準靜態壓力和溫度條件下工作的連續弧光燈，閃光燈的典型特征在于閃光過程中壓力和溫度大而突然的變化。歷史上，高功率閃光燈的一種主要應用是激光泵浦。作為一種更近些時候的例子，高功率閃光燈用于通過以大約五兆瓦特的功率輻照晶片表面大約一毫秒的脈沖持續時間來使半導體晶片退火。傳統閃光燈的冷卻典型地包括只冷卻封套的外表面，而不是內表面。盡管利用周圍空氣的簡單對流冷卻對于低功率應用是足夠的，但高功率應用常常需要封套的外側通過強迫通風或其它氣體冷卻，或者對于更高功率的應用，通過水或其它液體冷卻。這種傳統的高功率閃光燈趨向于遭受多種難點和缺點。趨向于限制這種燈的壽命的一個因素是石英封套的機械強度，其厚度典型地是大約1mm，且厚度很少超過2.5mm。在這方面，盡管增加石英封套的厚度增加了其機械強度，但附加的石英材料在封套的冷卻的外表面和被等離子體弧加熱的封套內表面之間提供了增加的絕緣。因此，管越厚，外部冷卻劑就越難從封套的內表面帶走熱量。因此，越厚封套的內表面被加熱到越高的溫度，導致封套中越高的熱梯度，這趨向于造成熱應力破裂，最終導致封套故障。因此，在傳統閃光燈中，封套的厚度及由此其機械強度是受限的。這又會限制封套抵抗由于封套中氣壓顯著快速變化造成的機械應力的能力，其中氣壓的顯著快速變化是由于閃光過程中弧溫度和直徑的快速增加導致的。傳統燈的另一難點涉及石英封套的燒蝕(ablation)，主要是由于石英材料從加熱的封套內表面的蒸發。這種燒蝕趨向于使弧氣體被氧污染。由于大部分商用弧光燈是密封系統而不是再循環的，因此這種污染物在弧氣體中的累積趨向于造成燈的輻射輸出隨時間而下降。閃光燈輻射輸出的這種變化對于許多應用可能是不期望的，如強烈需要再現性的半導體退火。這些污染物的累積還趨向于使燈較難啟動。傳統閃光燈的另一缺點是由于材料從電極的濺射導致的，所述電極典型地由鎢或鎢合金制成。在這方面，電子的突然發射和由此產生的弧會從陰極濺射或發射顯著量的材料。以較小的程度，突然的電子轟擊和弧的熱量會造成陽極尖端的部分熔化，還會導致陽極材料的釋放。因此，濺射的沉積物趨向于在封套的內表面上累積，由此降低燈的輻射輸出，并造成其輻射模式隨時間變得越來越不均勻。此外，封套內表面上的這種沉積物趨向于被閃光加熱，由此增加封套中的局部熱應力，這可能最終導致封套的破裂和故障。材料的這種損失還降低了電極的壽命。傳統閃光燈的另一缺點是弧本身的輻射發射的相對差的再現性。有些傳統燈在閃光之間維持電極之間的低電流連續直流放電，稱為空閑電流或醞釀電流(simmer current)。傳統燈中醞釀電流的目的主要是充分加熱陰極，以便開始發射電子，盡管醞釀電流還提供了氣體的至少某種預電離，但這減少了濺射并由此增加了燈的壽命。醞釀電流典型地小于一安培，而且在傳統閃光燈中通常不能在不造成電極過熱和濺射的情況下顯著增加。因此，本專利技術人觀察到了傳統閃光燈中在從醞釀電流到峰值閃光電流的過渡中發生的弧電流的大變化趨向于以相對不一致的方式發生，從而導致差的閃光再現性特性。因此，需要改進的閃光燈和方法。
技術實現思路
在解決以上需求時，本專利技術人已經研究了連續或直流弧光燈的修改，其中封套的內表面由旋渦液體流冷卻，如例如在共同所有的美國專利No.6,621,199、4,937,490和4,700,102及更早的美國專利號4,027,185中所公開的那些，這些專利的全部公開內容通過引用結合于此。盡管本專利技術人之一先前已經描述了這種水墻連續弧光燈結合脈沖電源充當閃光燈的修改使用，但通常典型地認為這種水墻弧光燈對于閃光燈應用是不理想的。在這方面，閃光過程中弧溫度和直徑的很大增加可能對封套中的液體和氣體流有顯著影響。如果內部冷卻液體沸騰并產生蒸汽，則封套中壓力大而突然的增加會進一步增加，由此進一步增加壓力，從而可能導致封套故障。壓力的這種相同的突然增加會使旋渦液體墻對著封套的內表面而被推動，由此將液體沿遠離燈中心的相反方向軸向向外推，向著電極并經過電極。這會導致液體突然回濺到電極上，從而可能會將弧熄滅，并且還可能會降低電極的壽命。此外，就這種壓力增加將液體向著陰極回推而言，這個方向上的背壓(back-pressure)抵抗泵的壓力，并可能減弱漩渦液體流發生器部件的機械連接。此外，本專利技術人發現，作為閃光燈的這種水墻弧光燈的工作趨向于產生與由同類型燈在連續或直流模式工作所導致的污染物不同的粒子污染物。特別地，本專利技術人發現，小到0.5到2微米的鎢粒子趨向于由電極在閃光模式下釋放，而由同類型燈在連續或直流模式工作時所導致的粒子污染物典型地包括不小于5微米的粒子。現有的水墻弧光燈過濾系統典型地不適于去除特別是由于閃光模式工作所導致的較小粒子污染物。本專利技術人意識到，液體冷卻劑中這種小的粒子污染物的累積趨向于隨時間而改變燈的輸出功率和譜，由此不期望地降低由燈產生的閃光的再現性。本專利技術人還意識到對于有些超高功率的應用，需要采用彼此很接近的多個閃光燈，以便允許這種燈同時或同期一起閃光。但是，典型的現有水墻弧光燈有安裝在封套徑向距離之外的非絕緣金屬流發生器部件。除了它們的導電性，金屬流發生器部件典型地還用作到陰極的電連接，以便有效地將陰極連接到電容器組或其它脈沖電源的負端子。因此，在閃光過程中，流發生器部件處于與陰極相同的負電位。因此，每個燈的導電部件，如例如其接地的反射器，必須保持與每個相鄰燈的流發生器足夠遠，以防止從一個燈的流發生器到相鄰燈的接地反射器或其它導電部件的通過周圍空氣的起弧。這趨向于在相鄰燈之間強加不期望的大的最小間距。根據本專利技術的一方面，提供了一種用于產生電磁輻射的裝置。該裝置包括配置成生成沿封套內表面的液體流的流發生器，及配置成在封套中生成電弧以便產生電磁輻射的第一和第二電極。該裝置還包括向外延伸超過一個電極、配置成容納一部分液體流的排放室(exhaust chamber)。已經發現這種排放室對于閃光燈和連續弧光燈應用都是有利的。在這方面，排放室的存在趨向于增加弧與液體流開始崩潰的位置之間的距離。因此，排放室趨向于減少由于液體流崩潰導致的湍流對弧的影響，由此提高弧的穩定性。因此，對于連續和閃光燈應本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于產生電磁輻射的裝置，該裝置包括：　　　　ａ）流發生器，配置成生成沿封套內表面的液體流；　　　　ｂ）第一和第二電極，配置成在封套中生成電弧，以便產生電磁輻射；及　　　　ｃ）排放室，向外延伸超過一個所述電極，配置成容納一部分所述液體流。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種用于產生電磁輻射的裝置，該裝置包括a)流發生器，配置成生成沿封套內表面的液體流；b)第一和第二電極，配置成在封套中生成電弧，以便產生電磁輻射；及c)排放室，向外延伸超過一個所述電極，配置成容納一部分所述液體流。2.如權利要求1所述的裝置，其中所述排放室軸向向外延伸得足夠遠，超過所述一個所述電極，以便將所述一個所述電極與由于所述排放室中所述液體流的崩潰導致的湍流隔離。3.如權利要求1所述的裝置，其中所述流發生器配置成生成從所述液體流徑向向內的氣體流，而且其中所述排放室延伸得足夠遠，超過所述一個所述電極，以便將所述一個所述電極與由于所述液體和氣體流的混合導致的湍流隔離。4.如權利要求1所述的裝置，其中所述電極配置成生成電放電脈沖，以便產生輻照閃光，而且其中所述排放室具有足夠的容積來容納通過由于所述電放電脈沖導致的壓力脈沖向外推的一體積的所述液體。5.如權利要求1所述的裝置，其中所述第二電極包括陽極，而且其中所述排放室軸向向外延伸超過所述陽極。6.如權利要求1所述的裝置，其中所述流發生器是電絕緣的。7.如權利要求6所述的裝置，還包括圍繞所述流發生器的電絕緣。8.如權利要求7所述的裝置，其中所述流發生器包括導體。9.如權利要求7所述的裝置，其中所述第一電極包括陰極，而且其中所述電絕緣圍繞所述陰極及到該陰極的電連接。10.如權利要求9所述的裝置，還包括所述電連接，而且其中所述電連接包括所述流發生器。11.如權利要求7所述的裝置，其中圍繞所述流發生器的所述電絕緣包括所述封套。12.如權利要求11所述的裝置，其中圍繞所述流發生器的所述電絕緣還包括絕緣罩。13.如權利要求12所述的裝置，其中所述絕緣罩圍繞至少部分所述封套。14.如權利要求13所述的裝置，其中所述電絕緣還包括所述絕緣罩和所述封套的所述部分之間的空間中的壓縮氣體。15.如權利要求11所述的裝置，其中所述封套包括透明圓柱管。16.如權利要求15所述的裝置，其中所述管具有至少四毫米的厚度。17.如權利要求15所述的裝置，其中所述管包括精膛圓柱管。18.如權利要求12所述的裝置，其中所述絕緣罩包括塑料和陶瓷中的至少一種。19.如權利要求6所述的裝置，其中所述第一和第二電極包括陰極和陽極，所述陰極具有比所述陽極短的長度。20.如權利要求6所述的裝置，其中所述第一電極包括具有突出長度的陰極，它沿該突出長度軸向向內、向著裝置的中心突出，超過封套中裝置的次最內部件，而且其中所述突出長度小于所述陰極的直徑的兩倍。21.如權利要求20所述的裝置，其中所述突出長度足夠長，以便防止所述電弧在所述流發生器與所述第二電極之間發生。22.一種系統，包括多個如權利要求6所限定的裝置，配置成輻照一共同目標。23.如權利要求22所述的系統，其中所述多個裝置配置成輻射半導體晶片。24.如權利要求22所述的系統，其中所述多個裝置配置成彼此并聯。25.如權利要求24所述的系統，其中所述多個裝置中的每個裝置排列在與所述多個裝置中的相鄰裝置相對的方向上，使得所述多個裝置中的所述每個裝置的陰極與所述多個裝置中的所述相鄰裝置的陽極相鄰。26.如權利要求22所述的系統，還包括單個循環設備，配置成向所述多個裝置中的每個裝置的所述流發生器提供液體。27.如權利要求6所述的裝置，還包括在所述封套外并從所述第一電極的附近延伸到所述第二電極的附近的導電反射器。28.如權利要求6所述的裝置，還包括與所述電極電聯系的多個電源電路。29.如權利要求28所述的裝置，還包括配置成將所述多個電源電路中的至少一個與所述多個電源電路中的至少另一個隔離的隔離器。30.如權利要求6所述的裝置，其中每個所述電極包括用于容納通過其中的冷卻劑流的冷卻劑通道。31.如權利要求30所述的裝置，其中至少一個所述電極包括具有至少一厘米厚度的鎢尖端。32.如權利要求30所述的裝置，其中所述電極配置成生成電放電脈沖，以便產生輻照閃光，而且還包括配置成在所述第一和第二電極之間生成空閑電流的空閑電流電路。33.如權利要求32所述的裝置，其中所述空閑電流電路配置成在所述電放電脈沖之前的一時間段內生成所述空閑電流，所述時間段比所述液體流通過所述封套所需的流體通過時間長。34.如權利要求32所述的裝置，其中所述空閑電流電路配置成生成至少大約1×102安培的電流作為所述空閑電流。35.如權利要求32所述的裝置，其中所述空閑電流電路配置成在至少大約1×102毫秒內生成至少大約4×102安培的電流作為所述空閑電流。36.一種用于產生電磁輻射的裝置，該裝置包括a)用于生成沿封套內表面的液體流的裝置；b)用于在封套中生成電弧以便產生電磁輻射的裝置；及c)用于容納一部分所述液體流的裝置，所述用于容納的裝置向外延伸超過所述用于生成的裝置。37.如權利要求36所述的裝置，其中所述用于容納的裝置包括用于將所述一個所述電極與由于所述用于容納的裝置中所述液體流崩潰導致的湍流隔離的裝置。38.如權利要求36所述的裝置，還包括用于生成從所述液體流徑向向內的氣體流的裝置，而且其中所述用于容納的裝置包括用于將所述一個所述電極與由于所述液體和氣體流崩潰導致的湍流隔離的裝置。39.如權利要求36所述的裝置，其中所述用于生成電弧的裝置包括用于生成電放電脈沖以便產生輻照閃光的裝置，而且其中所述用于容納的裝置包括容納通過由于所述電放電脈沖導致的壓力脈沖向外推的一體積的所述液體。40.一種產生電磁輻射的方法，該方法包括a)生成沿封套的內表面的液體流；b)在第一和第二電極之間、在封套中生成電弧，以便產生電磁輻射；及c)在排放室中容納一部分所述液體流，所述排放室向外延伸超過一個所述電極。41.如權利要求40所述的方法，其中容納包括將所述一個所述電極與由于所述排放室中所述液體流崩潰導致的湍流隔離。42.如權利要求40所述的方法，還包括生成從所述液體流徑向向內的氣體流，而且其中容納包括將所述一個所述電極與由于所述液體和氣體流崩潰導致的湍流隔離。43.如權利要求40所述的方法，其中生成電弧包括生成電放電脈沖以便產生輻照閃光，而且其中容納包括容納通過由于所述電放電脈沖導致的壓力脈沖向外推的一體積的所述液體。44.如權利要求40所述的方法，其中生成液體流包括利用電絕緣的流反射器生成液體流。45.一種包括控制多個如權利要求44所限定的裝置來輻照一共同目標的方法。46.如權利要求45所述的方法，其中控制包括控制多個裝置來輻照半導體晶片。47.如權利要求45所述的方法，其中控制包括使所述多個裝置中的每個裝置生成與所述多個裝置中的每個相鄰裝置的電弧方向相對的方向上的所述電弧。48.如權利要求44所述的方法，還包括將多個電源電路中的至少一個與所述多個電源電路中的至少另一個隔離。49.如權利要求44所述的方法，還包括冷卻所述第一和第二電極。50.如權利要求49所述的方法，其中冷卻包括通過所述第一和第二電極相應的冷卻劑通道來循環液體冷卻劑。51.如權利要求49所述的方法，其中生成所述電弧包括生成電放電脈沖以便產生輻照閃光，而且還包括在所述第一和第二電極之間生成空閑電流。52.如權利要求51所述的方法，其中生成所述空閑電流包括在所述電放電脈沖之前的一時間段內生成所述空閑電流，所述時間段比所述液體流通過所述封套所需的流體通過時間長。53.如權利要求51所述的方法，其中生成所述空閑電流包括生成至少大約1×102安培的電流作為所述空閑電流。54.如權利要求51所述的方法，其中生成所述空閑電流包括在至少大約1×102毫秒內生成至少大約4×102安培的電流作為所述空閑電流。55.一種用于產生電磁輻射的裝置，該裝置包括a)電絕緣的流發生器，配置成生成沿封套內表面的液體流；及b)第一和第二電極，配置成在封套內生成電弧，以便產生電磁輻射。56.如權利要求55所述的裝置，還包括圍繞所述流發生器的電絕緣。57.如權利要求56所述的裝置，其中所述流發生器包括導體。58.如權利要求56所述的裝置，其中所述第一電極包括陰極，而且其中所述電絕緣圍繞所述陰極及到該陰極的電連接。59.如權利要求58所述的裝置，還包括所述電連接，而且其中所述電連接包括所述流發生器。60.如權利要求56所述的裝置，其中圍繞所述流發生器的所述電絕緣包括所述封套。61.如權利要求60所述的裝置，其中圍繞所述流發生器的所述電絕緣還包括絕緣罩。62.如權利要求61所述的裝置，其中所述絕緣罩圍繞至少部分所述封套。63.如權利要求62所述的裝置，其中所述電絕緣還包括所述絕緣罩與所述封套的所述部分之間的空間中的氣體。64.如權利要求63所述的裝置，還包括與所述絕緣罩的內表面和所述封套的所述部分的外表面配合以便將所述氣體密封到所述空間中的一對彼此隔開的密封。65.如權利要求64所述的裝置，其中所述氣體是壓縮的。66.如權利要求60所述的裝置，其中所述封套包括透明圓柱管。67.如權利要求66所述的裝置，其中所述管具有至少四毫米的厚度。68.如權利要求67所述的裝置，其中所述管具有至少五毫米的厚度。69.如權利要求66所述的裝置，其中所述管包括精膛圓柱管。70.如權利要求69所述的裝置，其中所述精膛圓柱管具有至少低到5×10-2毫米的尺度容差。71.如權利要求66所述的裝置，其中所述管包括石英。72.如權利要求71所述的裝置，其中所述管包括純石英。73.如權利要求71所述的裝置，其中所述管包括摻鈰石英。74.如權利要求66所述的裝置，其中所述管包括藍寶石。75.如權利要求61所述的裝置，其中所述絕緣罩包括塑料和陶瓷中的至少一種。76.如權利要求55所述的裝置，其中所述第一和第二電極包括陰極和陽極，所述陰極具有比所述陽極短的長度。77.如權利要求55所述的裝置，其中所述第一電極包括具有突...

【專利技術屬性】
技術研發人員：大衛瑪爾科穆卡穆，陳志成，里克杜蘭，托尼休伊特，阿恩克約韋爾，托尼科馬薩，邁克克拉斯尼希，史蒂夫麥科伊，約瑟夫雷耶斯，伊戈魯迪克，盧德米拉舍佩列夫，格雷戈斯圖爾特，蒂爾曼斯魯姆，阿歷克斯維埃爾，
申請(專利權)人：加拿大馬特森技術有限公司，
類型：發明
國別省市：CA[加拿大]