Ексимерно-галогенна високочастотна лампа з планарною апертурою

Ексимерно-галогенна високочастотна лампа з планарною апертурою, яка містить систему електродів, розрядну трубку, зарядний опір, джерело високої постійної напруги та робочу газову суміш ксенон/хлор, яка відрізняється тим, що для збудження розряду використано сильнострумовий поперечний розряд з оголеними електродами і двома планарними апертурами, який запалюється в газовій суміші ксенон/хлор при оптимальному парціальному складі робочого середовища, а саме при значенні парціального тиску хлору Р(СЬ), що дорівнює 30-40Па, значенні парціального тиску ксенону Р(Хе), що дорівнює 300-400Па, при цьому основними робочими хвилями випромінювання лампи є система широких молекулярних смуг, а саме при довжині хвилі 235нм - молекулярна смуга хлориду ксенону ХеСІ на (D-X) переході, при довжині хвилі 257нм - молекули хлору СЬ на ( D ' - A ' ) переході, при довжині хвилі 308нм - хлориду ксенону ХеСІ на (В-Х) переході, при довжині хвилі 390 нм - хлориду ксенону ХеСІ на (С-А) переході та при довжині хвилі 430нм - хлориду ксенону ХеСІ на (В-А) переході, які в сукупності перекривають спектральний діапазон 220-450нм, а м максимальна потужність ультрафіолетового випромінювання W складає величину 30-50Вт з коефіцієнтом корисної дії Г], що дорівнює 10-15% Винахід відноситься до фізичної електроніки та світлотехніки і може бути використаним у мікроелектроніці, хімії високих енергій, фотометри, екологи, бютехнолопяхта медицині Відома ексимерна лампа, що випромінює в імпульсно-перюдичному режимі на молекулярній смузі 222нм КгСІ при збудженні газової суміші криптону з хлором при тисках менших або рівних 27кПа в розряді через діелектрик [1] Робоча апертура лампи мала циліндричну форму, частота повторення імпульсів не переважала ЮОкГц, а ширина смуги випромінювання була рівна 5нм Для одержання короткохвильового випромінювання на одній ексимерній смузі необхідно кожний раз готувати іншу робочу газову суміш Найбільш близькою до запропонованої ексимерно-галогенної високочастотної лампи з планарною апертурою є лампа на смузі випромінювання 308нм ХеСІ, яка збуджувалася на суміші Хе/СЬ в слабострумовому високочастотному ^=13,56МГц) розряді індукційного типу [2] Робоча апертура лампи була циліндричною, а середня потужність м ультрафіолетового випромінювання в оптимальній за тиском та складом суміші Р(Хе)/Р(СЬ) дорівнює 0 9/0 01 мм рт ст не переважає 1Вт Спектральні характеристики випромінювання такої лампи в праці [2] не досліджували Застосування слабострумового високочастотного розряду обмежує одержання високої потужності УФ випромінювання, а циліндрична форма робочої апертури лампи унеможливлює и застосування для рівномірного опромінення плоских поверхонь значної площі, що є актуальним для ряду технологій в мікроелектроніці та хімії високих енергій Коли збудження газового середовища типу Хе/СЬ відбувається при низькому тиску, то смуги випромінювання ексимерної молекули та молекули хлору значно потовщені, що робить дане середовище перспективним для використання в широкосмугових ексимерно-галогенних лампах Тому для перекриття випромінюванням спектрального діапазону 220-450нм достатнім є застосування подвійної суміші Хе/СЬ, яка збуджується в сильнострумовому високочастотному розряді при тисках рівних 100-500Па В сильнострумовому поперечному високочастотному розряді при мало (О о (О 60621 му значенні добутку pxd (де р - тиск газової суміші, a d - величина віддалі між електродами) плазма складається переважно з приелектродних шарів, які характеризуються підвищеною яскравістю випромінювання в порівнянні з плазмою позитивного стовпа [3] При цьому обидва металеві електроди є катодами, а анодом служить плазма позитивного стовпа високочастотного розряду Раніше нами була встановлена висока ефективність випромінювання ексимерно-галогенних ламп постійного струму на сумішах Не/СЬ [4] та Кг/СЬ [5], у яких активним середовищем є плазма негативного катодного свічення Це робить перспективним і застосування плазми приелектродних шарів поперечного високочастотного розряду, які аналогічні по своїй природі негативному катодному свіченню тліючого розряду, у ВІДПОВІДНИХ газових сумішах низького тиску Задачею винаходу є підвищення потужності широкосмугового випромінювання в спектральному діапазоні 220-450нм планарної лампи на суміші Хе/СЬ з накачуванням поперечним високочастотним розрядом Поставлена задача досягається таким чином, що ексимерно-галогенна високочастотна лампа з планарною апертурою, яка містить систему електродів, розрядну трубку, блокуючуємність, джерело високочастотної напруги та робочу газову суміш ксенон/хлор, згідно винаходу відрізняється тим, що для збудження розряду використано сильнострумовий поперечний високочастотний розряд з оголеними електродами і двома планарними апертурами, який запалюється в газовій суміші ксенон/хлор при оптимальному парціальному складі робочого середовища, а саме при значенні парціального тиску хлору Р(СЬ) рівному 30-40Па, значенні парціального тиску ксенону Р(Хе) рівному 300-400Па, при цьому основними робочими хвилями випромінювання лампи є система широких молекулярних смуг, а саме при довжині хвилі 235нм молекулярна смута хлориду ксенону ХеСІ на (D-X) переході, при довжині хвилі 257нм молекули хлору СЬ на ( D ' - A ' ) переході, при довжині хвилі 308нм хлориду ксенону ХеСІ на (В-Х) переході, при довжині хвилі 390нм хлориду ксенону ХеСІ на (С-А) переході та при довжині хвилі 430 хлориду ксенону ХеСІ на (В-А) переході, які в сукупності перекривають спектральний діапазон 220450нм, а и максимальна потужність ультрафіолетового випромінювання W складає величину 3050Вт з коефіцієнтом корисної дії г\ рівним 10-15% Перевагами запропонованої ексимерногалогенної лампи над прототипом є збільшення потужності ультрафіолетового випромінювання в 30-50 разів, наявність двох планарних апертур загальною робочою площею 100см2 і повне перекриття спектрального діапазону 200-450нм потужним УФ випромінюванням Випромінювання планарної високочастотної лампи в спектральному діапазоні 220-450нм може діяти на біологічно та ХІМІЧНО активні сполуки і селективне розривати ХІМІЧНІ зв'язки з енергією в діапазоні 2-8еВ Зокрема така лампа може бути використана для очищення поверхонь предметів, що інфіковані хвороботворними бактеріями, поверхні води і використовуватися в мікроелектроніці На фіг 1 наведена конструкція і схема живлення ексимерно-галогенної високочастотної лампи Лампа складається з металевих (латунних або нікелевих) електродів (1, 2), розрядної трубки з кварцу (3), у якої внутрішній діаметр дорівнює 10см, а довжина рівна 20см Розряд в лампі запалювався з допомогою модульованого по амплітуді джерела високочастотної напруги з середньою потужністю ЗООВт (4) Плазма розряду складалася з двох яскравих прикатодних шарів (5) та розташованого між ними позитивного стовпа (6) Джерело генерувало макроімпульси напруги амплітудою до 5 кВ і тривалістю рівною 12мс, які були заповнені високочастотною складовою з частотою f, яка дорівнювала 1 76МГц Для виключення можливості проходження в колі накачування лампи постійного струму, подача високочастотної напруги на електрод здійснювалася через блокуючий конденсатор Со з ємністю рівною 200пФ Одним з електродів був масивний нікельований електрод з радіусом заокруглення робочої поверхні Зсм і площею основи 6х17см (1), а інший електрод було виготовлено з нікелевої пластини і він був плоским (2) Поперечний високочастотний розряд запалювався в об'ємі 17 0x3 0x2,2см3 (де d=2 2см - міжелектродна віддаль) В залежності від тиску та парціального складу суміші Хе/СЬ об'єм плазми приелектродних шарів складав 50-70% від загального об'єму плазмового середовища Як робочі використано дві поперечні бічні апертури плазмового середовища площею S рівною dxl (де І - довжина електродів поперечного розряду) Площа кожної з апертур складала по 50см2 Ексимерно-галогенна високочастотна лампа працює наступним чином У відкачану до залишкового тиску 10 1-10 3 Па кварцову трубку напускають робочу газову суміш Хе/СЬ На масивний електрод (1) через блокуючу ємність Со необхідно подати високочастотну напругу амплітудою 5кВ При цьому між електродами запалюється поперечний розряд В плазмі на суміші Хе/СЬ під дією електронів розряду утворюються збуджені атоми Хе, СІ та іони СІ, Хе + В результаті «гарпунних» реакцій Xe*+CI2^XeCI(B,C,D)+CI і CI*+CI 2 ^CI 2 (D')+CI в плазмі утворюються збуджені молекули хлориду ксенону та хлору При спонтанному розпаді цих молекул випромінюються смуги 235нм XeCI(D-X), 257нм ( D ' - A ' ) , ЗОбнм ХеСІ (В-Х), 390нм ХеСІ (СА)та430нмХеСІ (В-А) Спектр випромінювання ексимерно-галогенної високочастотної лампи на суміші ксенону з хлором наведено на фіг 2 Основний внесок в широкосмугове ультрафіолетове випромінювання дає смуга ХеСІ (В-Х) з шириною по основі рівною 50нм і максимумами при 289нм та ЗОбнм Ця смуга перекривається з менш яскравими смугами випромінювання 257нм СІ2 ( D ' - A ' ) та 235нм ХеСІ (D-A) В довгохвильовій області спектру було виявлено дві смуги з максимумами при 390нм ХеСІ (С-А) та 430нм ХеСІ (В-А) Ширина смуги 390нм в 2 5-3 0 рази більша за ширину смуги 430нм Оскільки коливальна релаксація в плазмі високочастотного розряду на суміші низького тиску ксенону з хлором є незавершеною, то всі смуги випромінювання молекул ХеСГ і СЬ* формують єдиний континуум в діапазоні 220-450нм 60621 На фіг 3 представлені залежності середньої 1 7-2 5мс, коли відбувається пробій розрядного потужності ультрафіолетового випромінювання проміжку Вершина макроімпульсу випромінюванлампи від величини парціального тиску ксенону ня лампи мала слабо спадаючий в часі вигляд, що при сталому значенні парціального тиску хлору зумовлено нагріванням робочої газової суміші під Р(СЬ) рівному бОПа (1) і від величини парціальночас проходження високочастотного струму го тиску хлору при сталому парціальному тиску Повна потужність УФ випромінювання з плаксенону Р(Хе) рівному 200Па (2) Оптимальне знанарних апертур складає 30-50Вт при коефіцієнті чення Р(СІ2) складає 30-40Па, а оптимальна великорисної дії чина Р(Хе) рівна 300-400Па Широкосмугова ексимерно-галогенна лампа Часові характеристики напруги на розрядному неперервної дії для області довжин хвиль ДА, рівпроміжкові, струму і випромінювання плазми висоної 170-320нм може застосовуватися в хіми високочастотного розряду в суміші Р(Хе)/Р(СЬ) дорівких енергій, біофізиці, екологи, медицині та кваннює 400/80Па наведені на фіг 4 Величина амплітовій електроніці туди ПІВХВИЛІ високочастотного коливання напруги Література (1) сягає 3-4 кВ, а струму (2) 0 8-1 0А Максималь1 Ломаев М И , Тарасенко В Ф , Шитц Д В на тривалість ПІВХВИЛІ напруги або струму розряду Мощная и эффективная КгСІ эксилампа барьернобули рівними 300-350не Випромінювання плазми го разряда//ПисьмаЖТФ 2002 Т 28 Вып 1 С 74на субмікросекундному часовому проміжку (3) ма80 ло основну постійну складову, яка була промоду2 Головицкий А П Индуктивный высокочастольована по амплітуді з подвійною частотою повтотный разряд низкого давления в смеси инертных рення високочастотного струму накачування ламгазов и галогенов для экономичных безртутных пи рівною 3 5МГц Усереднені за період високочалюминисцентных источников //Письма в ЖТФ стотних коливань електричні і оптичні характерис1998 Т24 Вып 6 С 63-67 (прототип) тики лампи на суміші Р(Хе)/Р(СЬ) дорівнює 3 Райзер Ю П , Шнейдер М М Фарадеево 400/80Па наведені на фіг 5 Максимальна тривапространство в высокочастотном разряде у-типа лість макроімпульсів напруги (1) складає 12мс, а и влияние давления на эффект нормальной плотструму (2) - 7мс Поріг пробою розрядного проміжности тока а-разряда и характер а - у перехода ку лампи становить 1 8-2 ОкВ Максимальна тривалість макроімульсів випромінювання (3) досягає //Физика плазмы 1992 Т 18 № 1 С 1476-1488 9мс На передньому фронті макроімульсів випро4 Шуаибов А К , Дащенко А И , Шевера И В мінювання виявлено три короткотривалих інтенсиХарактеристики вольерного разряда в смеси гевних максимумів, а на задньому фронті два більш лий-хлор //Письма в ЖГФ 2002 Т 28 Вып 6 С 23тривалі максимуми Ці короткі спалахи випроміню28 вання викликані утворенням стрибків густини еле5 Шуаібов О К , Дащенко А Й , Шевера І В ктронів, негативних та позитивних ІОНІВ на межі Джерело УФ-ВУФ випромінювання на основі моле«плазма-приелектродний шар» поперечного високул хлору і хлориду криптону з накачуванням у кочастотного розряду На передньому фронті макплазмі негативного катодного свічення роімпульсів випромінювання стрибки параметрів //Український фізичний журнал 2002 Т 47 № 4 плазми проявлялися в межах часового інтервалу С 346-349 шшйшштштшїщтттт Фіг 1. 60621 306 нм ХеСІ (В-Х) 51 11 ( 260 280 300 320 «( !! X, нм Фіг. 2 40 30 20 10 О •10 -30 -30 -4Q J,, вщн од. Р(Су, Па 0 О 30 І20 3 0 60 90 150 ISO 210 120 150 180 210 Р(Хе), Па Фіг. 5. Фіг.З Комп'ютерна верстка С Волобусв Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119