專利名稱：產(chǎn)生用于氣體電離的高壓的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在微型結(jié)構(gòu)器件和器件組進(jìn)行制造、裝配和質(zhì)量測(cè)試時(shí)產(chǎn)生用于氣體電離的高壓的裝置，特別涉及晶片和微結(jié)構(gòu)器件及器件組的制備。
在制造和處理微結(jié)構(gòu)技術(shù)產(chǎn)品時(shí)，靜電荷將會(huì)造成危害。一方面在不能進(jìn)行控制的放電時(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)因電荷過載受到損壞或損傷(EOS)。只要在凈化室內(nèi)條件下對(duì)器件進(jìn)行處理，即存在粉塵的威脅，由于庫(kù)侖力靜電會(huì)增大不希望出現(xiàn)的微粒的沉積，尤其是在生產(chǎn)半導(dǎo)體器件，制備硬盤和平面顯示器時(shí)，但也包括在光學(xué)涂層時(shí)，以及在浸漆車間中靜電都是不希望出現(xiàn)的。
為避免靜電的出現(xiàn)，在這些生產(chǎn)部門的所有物品，只要可能，都由導(dǎo)電材料制成并對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的接地。但采用上述的方法并不是所有地方都適用。故有時(shí)需要高的化學(xué)阻抗，該阻抗只能由具有高的表面電阻的聚氟塑料加以實(shí)現(xiàn)，或者必須采用絕緣體并且常常產(chǎn)品本身也是高度絕緣的。但隨之勢(shì)必伴隨充電的危險(xiǎn)。
在這些領(lǐng)域靜電僅能通過加入到空氣中的載流子中和。空氣電離器產(chǎn)生離子形式的空氣攜帶的載流子。這種電離器通過將高壓加在頂端棱部或線上產(chǎn)生氣體放電。在這些氣體放電區(qū)(湯森德放電)存在有被電離的空氣。視高壓的極性，相應(yīng)極化的離子被場(chǎng)強(qiáng)由氣體放電區(qū)推出并作為自由離子(主要是正的氮離子和負(fù)的氧離子)移動(dòng)，被電場(chǎng)或氣流驅(qū)動(dòng)穿過空氣。
對(duì)這些過程已充分已知并在文獻(xiàn)中做了說明，有多個(gè)專利都涉及實(shí)施這種電離器(EP 0448929A1、DE 3543618A1、DE3603947A1、DE3522881C1、US4477263；PCT WO96/02966；US4872083；PCTWO92/03863；US5153811；US4542434；4117332；4956582；4809127；3711743；PCT WO87/04873等)。
現(xiàn)代的凈化空間技術(shù)由將生產(chǎn)區(qū)和人員區(qū)相互分隔開的大廳型凈化空間開始，已發(fā)展成凈化空間技術(shù)罩蓋的機(jī)器和小型生產(chǎn)區(qū)(SMIF技術(shù)、300毫米基片工藝、微型環(huán)境)。與已有技術(shù)相符的電離器為產(chǎn)生高壓需要變壓器或所謂的級(jí)聯(lián)電路。這些系統(tǒng)所占空間較大。故要將這些系統(tǒng)安裝在小型的凈化空間(微型環(huán)境)內(nèi)，由于狹窄是不可能的或是很困難的。如果將電壓源安裝在一起，則會(huì)喪失許多空間，如果將電壓源安裝在微型環(huán)境之外，則必須敷設(shè)高壓電纜，而這些高壓電纜有風(fēng)險(xiǎn)或安全問題。故存在有帶有安裝在一起的高壓源的小型及微型化的電離系統(tǒng)的需求。
美國(guó)專利US4,620,262公開了一種熱電能轉(zhuǎn)換裝置，其不需要通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)，可以使熱能有效地轉(zhuǎn)化為電能。
另一個(gè)不足是，通常的電離器由于其結(jié)構(gòu)方式將產(chǎn)生延伸較遠(yuǎn)(幾十厘米)的高變電場(chǎng)或恒電場(chǎng)，該電場(chǎng)由于待中和場(chǎng)中的感應(yīng)將導(dǎo)致所不希望出現(xiàn)的電位及電荷位移。故存在著對(duì)帶有盡可能小的雜散場(chǎng)的電離器的需求。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在微型結(jié)構(gòu)器件和器件組的生產(chǎn)、裝配及質(zhì)量測(cè)試過程中產(chǎn)生用于氣體電離的高壓的裝置，特別涉及晶片和微電子元件的生產(chǎn)，其使一個(gè)小型或微型電離系統(tǒng)能直接地裝備有一個(gè)高壓源，且雜散場(chǎng)極小。
根據(jù)本發(fā)明的目的由所附的獨(dú)立權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其它方面由從屬權(quán)利要求體現(xiàn)。
利用具有盡可能大的熱電效率的晶體產(chǎn)生的電效應(yīng)以產(chǎn)生高壓。
借助附圖由以下的實(shí)施例說明本發(fā)明。


圖1為電離裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示電離裝置的絕緣。
在圖1中，是一種電離裝置簡(jiǎn)化圖。
所述電離裝置以“帕爾帖”效應(yīng)為基礎(chǔ)通過加熱元件和冷卻元件的連接可以產(chǎn)生高電位(達(dá)1000伏)，其中有正摻雜的半導(dǎo)體(圖1-1A)和負(fù)摻雜的半導(dǎo)體(圖1-1C)及一根導(dǎo)線(圖1-1B)，以及具有高熱電常數(shù)的熱電材料(圖1-2)，例如鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)或甚至聚氟碳?xì)浠衔铩?br> 帕爾帖元件冷卻或加熱熱電材料，熱電材料的外表面由于內(nèi)部的電荷位移被極化。如果將兩個(gè)極化面中的八個(gè)接地，則在另一極化面上就會(huì)獲得高的電壓，該電壓的高度和極性取決于溫度。如果將該電壓加在由作為高壓側(cè)的由尖端(圖1-3)，棱或線和緊貼前者設(shè)置的接地反電極構(gòu)成的電極系統(tǒng)上，則在高壓電極上就會(huì)產(chǎn)生離子，并且由于在高壓電極與接地反向電極間的幾何尺寸很小，因而產(chǎn)生的不希望出現(xiàn)的干擾電場(chǎng)很小，并且延伸入空間的距離也很短。
通過改變帕爾帖元件(圖1-5)上的電源電壓的極性，熱電晶體分別被冷卻或加熱并因此交變產(chǎn)生正離子和負(fù)離子。由于晶體是一個(gè)電絕緣體并且兩個(gè)極化表面可被視為電容器，通過在忽略不計(jì)內(nèi)部電阻的情況下一次近似的自動(dòng)調(diào)整產(chǎn)生的總量相同的正離子及負(fù)離子。該自動(dòng)調(diào)整符合對(duì)均衡的產(chǎn)生離子以避免單極性空間電荷的要求。技術(shù)有效的帕爾帖元件的電源電壓為幾伏(0.2～10伏)。與此相關(guān)的布線可非常好地與現(xiàn)代凈化空間技術(shù)協(xié)調(diào)一致。
采用單晶，優(yōu)選采用鉭酸鋰，其規(guī)格為5mm×5mm×0.5mm可以產(chǎn)生充足的載流子，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)靜電荷技術(shù)有效的中和時(shí)間(＜20秒)。因而在小于一立方厘米的容積內(nèi)就可以安裝整套的帶高壓源和電極系統(tǒng)的電離器。
本發(fā)明由于尺寸小并且干擾場(chǎng)弱，因而很適于安裝在微型環(huán)境內(nèi)。
圖2示出了根據(jù)圖1的裝置中引入了電介質(zhì)6，如果將這種成套的電離單元鑲?cè)腚娊橘|(zhì)中(圖2-6)，則該單元易于清洗，并且甚至也可以在侵蝕介質(zhì)中應(yīng)用，這對(duì)于半導(dǎo)體加工技術(shù)的一些領(lǐng)域是有益的。
權(quán)利要求
1．用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，由離子發(fā)射電極、反電極和高壓發(fā)生器構(gòu)成，其特征在于通過對(duì)熱電材料的加熱和冷卻產(chǎn)生高壓。
2．用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，由離子發(fā)射電極、反電極和高壓發(fā)生器構(gòu)成，其特征在于電極直接與高壓發(fā)生器連接。
3．按照權(quán)利要求1和2的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于采用帕爾帖元件對(duì)熱電材料進(jìn)行加熱和冷卻。
4．按照權(quán)利要求1和2的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于采用加熱電阻進(jìn)行加熱并通過在氣體中的對(duì)流或在固體上的導(dǎo)熱進(jìn)行冷卻。
5．按照權(quán)利要求3的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于通過流經(jīng)帕爾帖元件的電流內(nèi)極性周期的變換實(shí)現(xiàn)周期的加熱和冷卻，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射電極極性和離子極性的相同周期的變換。
6．按照權(quán)利要求1至5的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于發(fā)射電極具有尖端或棱。
7．按照權(quán)利要求1至6的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于電極全部鑲?cè)腚娊橘|(zhì)中。
8．按照權(quán)利要求1至7的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于周期地采用對(duì)應(yīng)極的發(fā)射電極作為反電極。
9．按照權(quán)利要求1至8的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于反極性的帕爾帖元件并聯(lián)或串聯(lián)。
10．按照權(quán)利要求1至9的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于為對(duì)發(fā)射出的離子量進(jìn)行調(diào)整改變溫度變化。
11．按照權(quán)利要求1至10的用于產(chǎn)生氣體離子的裝置，其特征在于為對(duì)發(fā)射出的離子量進(jìn)行調(diào)整改變反電極的偏壓。
全文摘要
本發(fā)明的裝置涉及一種高壓發(fā)生器,該高壓發(fā)生器由帕爾帖加熱和冷卻元件組(1a－c)和一具有熱電特性的基體(2)構(gòu)成,還涉及一種相應(yīng)的電極配置(3和4)。通過改變帕爾帖元件上的電流強(qiáng)度和/或電流方向在元件的一側(cè)上產(chǎn)生溫度變化。該溫度變化被傳遞到熱工耦合的熱電基體上。從而在基體的兩個(gè)相對(duì)面上產(chǎn)生電位差。在這兩個(gè)面上安裝有由非絕緣材料構(gòu)成的相應(yīng)的電極。
文檔編號(hào)H01J27/02GK1226128SQ9812016
公開日1999年8月18日 申請(qǐng)日期1998年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月14日
發(fā)明者托馬斯·西博爾德 申請(qǐng)人:托馬斯·西博爾德