專利名稱：碳化物材料形成或涂敷的氣體電離器發(fā)射電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體電離器發(fā)射電極，更具體說，涉及由諸如碳化硅之類的碳化物材料形成或涂敷的氣體電離器發(fā)射電極。
背景技術(shù)：
籠統(tǒng)地說離子發(fā)生器涉及可中和工作間內(nèi)的靜電荷，以使靜電放電的可能性降至最低的器件領(lǐng)域。在諸如大規(guī)模集成電路、磁阻記錄頭等工藝生產(chǎn)中，消除靜電是一項重要的工作。在靜電消除器中，用電暈產(chǎn)生電極產(chǎn)生顆粒物質(zhì)對建立無顆粒和雜質(zhì)的環(huán)境來說也同樣重要。對于這種工藝，金屬雜質(zhì)可造成致命的損害，所以需要將這種污染物抑制到最低可能水平。
在本領(lǐng)域中已知，當金屬離子發(fā)射電極遇到房間空氣的電暈放電時，它們將在幾小時內(nèi)顯示出老化和/或氧化的跡象，并且產(chǎn)生細小的顆粒。對于由銅、不銹鋼、鋁和鈦形成的針狀電極，這個問題是普遍存在的。在放電或遇到活性氣體物質(zhì)NOX的區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)有腐蝕。在所有上述材料上都發(fā)現(xiàn)有NO3離子，無論發(fā)射電極是正極性還是負極性。另外，與臭氧有關(guān)的腐蝕與相對濕度有關(guān)并與凝聚核密度有關(guān)。用干燥的空氣吹洗發(fā)射電極可減少空氣傳播污染或沉積在發(fā)射電極上的NH4NO3。
表面反應可導致改變發(fā)射電極機械結(jié)構(gòu)的化合物的形成。與此同時，這些反應還導致電極產(chǎn)生顆?；蛐纬蓺庀囝w粒。
在存在電暈放電的情況下，硅和二氧化硅發(fā)射電極比金屬發(fā)射電極的腐蝕低得多。已知硅會經(jīng)歷熱氧化、等離子體氧化，受離子轟擊和注入而氧化，也會經(jīng)受同樣形式的氮化。一些人曾試圖用含有如磷、硼、銻等摻雜物的99.99％純度的硅來改善硅發(fā)射電極。例如，美國專利5,650,203(Gehlke)中公開了含有摻雜材料的硅發(fā)射電極。但是，即使這么高純度的摻雜硅發(fā)射極表面也會被腐蝕和老化。
另一種方法是用幾乎純的鍺或具有一種摻雜材料的鍺來形成發(fā)射電極。例如，6215248(Noll)中公開了用于低顆粒產(chǎn)生氣體電離器和靜電消除器中的鍺針或發(fā)射電極，該專利內(nèi)容在此引作參考。雖然這種鍺發(fā)射電極被證明比金屬發(fā)射電極和具有一種摻雜物的硅發(fā)射電極更難腐蝕和老化，但仍然需要一種具有增加抗蝕性，與此同時，產(chǎn)生或者說造成更少金屬和/或非金屬污染的發(fā)射電極。

發(fā)明內(nèi)容
簡短地說，在一個實施例中，本發(fā)明包括一個由碳化物形成或涂敷的電離器發(fā)射電極，其中碳化物選自碳化鍺、碳化硼、碳化硅和碳化硅-鍺。本發(fā)明也包括主要由碳化硅構(gòu)成的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極。在另一方面，本發(fā)明是一種由導電的金屬基底形成的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，該金屬基底至少部分地被碳化硅涂敷。在又一方面，本發(fā)明是一種電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，當加上高壓時，該電極會造成氣體電離。該發(fā)射電極主要由碳化硅形成，但碳化硅中摻有為得到小于或等于100Ω-cm電阻率所需的摻雜物。


結(jié)合附圖閱讀說明書后將會對上述概述及下面本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細說明有更好的理解。為了說明本發(fā)明，在附圖中給出幾個目前的優(yōu)選實施例。但是，應該明白，本發(fā)明及其應用不限于這些精確的布置和結(jié)構(gòu)。附圖中圖1是按照本發(fā)明某些優(yōu)選實施例，由碳化物形成或涂敷的發(fā)射電極側(cè)視圖；圖2A是按照本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的點對平面電暈產(chǎn)生裝置示意圖；圖2B是按照本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的點對點電暈產(chǎn)生裝置示意圖；圖2C是按照本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的線對平面電暈產(chǎn)生裝置示意圖；圖2D是按照本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的線對圓筒電暈產(chǎn)生裝置示意圖；圖2E是按照本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的點對房間電暈產(chǎn)生裝置示意圖；圖3是采用本發(fā)明優(yōu)選實施例的氣體電離器示意圖。
具體實施例方式
在下述詳細說明中僅為了方便使用了某些術(shù)語，但不受其限制。詞“右”、“左”、“下”、“上”標示附圖中的參考方向。“向內(nèi)”和“向外”分別指朝向和遠離所述裝置及所示部件的幾何中心。術(shù)語包括上面具體提及的詞及其派生詞和類似含義的詞。另外，在權(quán)利要求書和說明書的相應部分中使用的“一個”表示“一個”或“至少一個”。
詳細參考附圖，其中，相同的標號始終標記相同的元件，按照本發(fā)明某些優(yōu)選實施例，由如碳化硅(SiC)之類的碳化物形成或涂敷的發(fā)射電極12在圖1中示出。發(fā)射電極有大致圓柱形的體部和帶有圓形末端17的大致圓錐形端部18。另一選擇是，圓形末端17是很銳利的錐形或尖角。尾端有倒角19。圖1發(fā)射電極12的形狀只是示例性的，不應被認為是對本發(fā)明的限制。在不偏離本發(fā)明的情況下可使用其它形狀、尺寸或比例。
實驗證明，純和超純SiC比其它電極材料，如金屬、摻雜硅、甚至純鍺電極更耐用。與其它提及的材料相比，已證明，在具有非常好的熱學性能的同時，SiC還有優(yōu)越的抗化學、等離子體和腐蝕的性質(zhì)。化學蒸氣淀積(CVD)制作工藝產(chǎn)生高純度和可商用的化學蒸氣淀積(CVD)SiC。例如，用CVD制作工藝可獲得大約99.9995％純度的CVD SiC。由于CVDSiC的純度高，在氣體電離應用中不希望有的金屬和/非金屬污染大大降低并且?guī)缀跸Ｅc相同設(shè)計的半導電對應材料相比，CVD SiC發(fā)射電極12還顯示出更好的機械強度和更少的破裂。實驗表明，就細小顆粒而言，SiC，特別是CVD SiC發(fā)射電極比多晶鍺發(fā)射電極和單晶硅發(fā)射電極更清潔。也可使用顯示出物理性質(zhì)的其它碳化物材料，例如碳化鍺、碳化硼、碳化硅-鍺等。
優(yōu)選的是，發(fā)射電極12由至少99.99％純度的碳化硅形成。優(yōu)選的是，碳化硅是化學蒸氣淀積(CVD)碳化硅。優(yōu)選的是，發(fā)射電極12是一種主要由碳化硅形成的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極12。
為了得到所需要的電導率，需要對碳化物材料進行摻雜。例如，在碳化硅的情況下，一般摻入氮以控制電導率(電阻率)。優(yōu)選的是，對碳化物材料進行摻雜以得到預定的電導率特性。
另一選擇是，發(fā)射電極12是一種由導電金屬基底形成的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極12，金屬基底至少部分地涂敷了碳化硅。該金屬基底由銅、不銹鋼、鋁、鈦等形成，只要用碳化硅涂敷端部18的相當大部分或全部就行。優(yōu)選的是，用碳化硅材料涂敷金屬基底的全部暴露表面，以降低腐蝕和老化的可能性。
參考圖3，在圖3中示意地表示出采用了本發(fā)明優(yōu)選實施例的典型氣體電離器100。氣體電離器100一般將已電離的氣體傳遞到潔凈間，例如10級潔凈間或更高潔凈度的小環(huán)境中。高壓電源22被電耦合于發(fā)射電極12。通過將高電壓加到電極12上來產(chǎn)生電暈。氣體電離器100可包括多個全部連接于AC電壓的發(fā)射電極12，以便產(chǎn)生正、負兩種離子(未示出)。另一種選擇是，氣體電離器100包括兩組與雙極性DC電壓分開連接的發(fā)射電極12，這種氣體電離器100允許一組發(fā)射電極12工作在正電壓，第二組發(fā)射電極12工作在負電壓，以產(chǎn)生正離子和負離子(未示出)。
高壓電源22所提供的電壓一般被控制在大約70V和約240VAC之間和大約50Hz和60Hz之間。高壓電源22可包括一個電路(未詳細示出)，例如變壓器，它可在大約50Hz和60Hz之間逐步將電壓升高到大約3KV和10KV AC之間。另一選擇是，高壓電源22可包括一個電路，例如整流器，它包括一個二極管和電容配置，能夠?qū)⒄拓摌O性DC電壓逐步升高到大約5KV和10KV之間。另一選擇是，高壓電源22是由被控制在大約24V DC的電流供電的。高壓電源22可包括一個電路，例如自激振蕩器或開關(guān)裝置，它被用來驅(qū)動其輸出要被整流的變壓器，高壓電源正和負兩種極性的電壓都能被控制在大約3KV和10KV之間。在不偏離本發(fā)明的情況下可使用其它電壓的其它電源。
圖2A是按照本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的點對平面的電暈產(chǎn)生裝置示意圖。發(fā)射電極12被配置成點狀幾何形狀，而對側(cè)電極20被配置成平面幾何形狀。電源22耦合于發(fā)射電極12以產(chǎn)生電暈。對側(cè)電極20在高壓AC的情況下被連接于地(即地線)或在高壓DC的情況下連接于電源22的與發(fā)射電極12極性相反的那個電極。
圖2B是按照本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的點對點的電暈產(chǎn)生裝置示意圖。兩個或更多發(fā)射電極12被配置成點狀幾何形狀，其中，各電極有相反的電壓極性。電源22電耦合于每個發(fā)射電極12以產(chǎn)生電暈。
圖2C是按照本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的線對平面的電暈產(chǎn)生裝置示意圖。由SiC形成的線狀電極23被配置成細線狀的幾何形狀，而對側(cè)電極20被配置成平面幾何形狀。電源22被電耦合于發(fā)射電極12，以產(chǎn)生電暈。在高壓AC的情況下對側(cè)電極20可連接于地或者在高壓DC的情況下連接于電源22的與發(fā)射電極12極性相反的那個電極。
圖2D是按照本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的線對圓筒的電暈產(chǎn)生裝置示意圖。由SiC形成的電極23配置成細線狀的幾何形狀，而對側(cè)電極21被配置成圓筒狀的幾何形狀，電源22被電耦合于發(fā)射電極12以產(chǎn)生電暈。在高壓AC的情況下對側(cè)電極21被連接于地或者在高壓DC的情況下連接于電源22的極性與發(fā)射電極12相反的那個電極。
圖2E是按照本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的點對房間的電暈產(chǎn)生裝置示意圖。發(fā)射電極12被配置成點狀幾何形狀，并且沒有對側(cè)電極20，21。電源22被電耦合于發(fā)射電極12，以產(chǎn)生電暈。電源22也連接于地(即地線)。
從以上敘述可以知道，本發(fā)明包括一個與氣體電離器一起使用、由SiC或CVD SiC形成或涂敷的發(fā)射電極。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會明白，在不離開本發(fā)明寬廣發(fā)明性概念的情況下可對上述實施例做一些修改。因此應該明白，本發(fā)明不限于所公開的特定實施例，而旨在覆蓋由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改。
權(quán)利要求
1.一種由碳化物材料形成或至少部分被碳化物材料涂敷的電離器發(fā)射電極，所述碳化物材料選自碳化鍺、碳化硼、碳化硅和碳化硅-鍺。
2.按照權(quán)利要求1所述的電離器發(fā)射電極，其中所述電極有大致圓柱形的體部和大致圓錐形的端部。
3.按照權(quán)利要求1所述的電離器發(fā)射電極，其中所述電極是線狀的。
4.按照權(quán)利要求1所述的電離器發(fā)射電極，其中所述電極是至少99.99％純度的碳化硅，為了得到預定的電導率特性對該碳化硅進行摻雜。
5.按照權(quán)利要求1的電離器發(fā)射電極，其中碳化硅是化學蒸氣淀積(CVD)的碳化硅。
6.一種主要由碳化硅形成的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極。
7.按照權(quán)利要求6所述的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，其中所述電極有大致圓柱形的體部和大致圓錐形的端部。
8.按照權(quán)利要求6的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，其中所述電極是線狀的。
9.按照權(quán)利要求6所述的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，其中所述電極是至少99.99％純度的碳化硅，為了得到預定的電導率特性對該碳化硅進行摻雜。
10.按照權(quán)利要求6所述的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，其中碳化硅為化學蒸氣淀積(CVD)的碳化硅。
11.一種由導電金屬基底形成的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，所述金屬基底至少部分用碳化硅涂敷。
12.按照權(quán)利要求11所述的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，其中所述電極有大致圓柱形的體部和大致圓錐形的端部。
13.按照權(quán)利要求11所述的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，其中所述電極是線狀的。
14.按照權(quán)利要求11所述的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，其中碳化硅是至少99.99％純度的碳化硅，為了得到預定的電導率特性對該碳化硅進行摻雜。
15.按照權(quán)利要求11所述的電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，其中碳化硅是化學蒸氣淀積(CVD)碳化硅。
16.一種電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極，當在其上施加高電壓時該電極使氣體電離，所述發(fā)射電極主要由碳化硅形成并且其電阻率低于或等于大約100Ω-cm。
全文摘要
一種電離器發(fā)射電極理想地由碳化物材料形成或至少部分地涂敷了碳化物材料，其中碳化物選自碳化鍺、碳化硼、碳化硅和碳化硅－鍺。另一種選擇是，一種電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極主要由碳化硅形成。另一選擇是，一種電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極由至少部分用碳化硅涂敷的導電金屬基底形成。另一選擇是，當加上高電壓時，電暈產(chǎn)生電離器發(fā)射電極使氣體電離，并且發(fā)射電極主要由碳化硅組成有低于或等于大約100Ω－cm的電阻率。
文檔編號H05F3/00GK1764028SQ200510098389
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者R·柯蒂斯 詹姆斯, A·戈齊扎克 約翰 申請人:伊利諾斯器械工程公司