CN113277479A - 应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，所述高压放电组件为一体化高压放电组件；所述高压放电区域采用超窄间隙放电结构，该超窄间隙为0.025~0.1mm之间，所述高压放电组件的长度为兼顾臭氧产量和精加工精度的最大长度；所述氧气进口壳体、臭氧出口壳体、低压接地极板各为独立部件，相互之间采用多个螺栓连接；所述高压放电组件的厚度为0.92~2.2mm之间，用于兼顾电介质的最小耗能以及避免安全隐患；所述高压放电组件的电介质是通过改进、能够阻止放电的电介质材料；本发明将经过改造能够阻止放电的电介质材料、一体化高压放电组件、确保低压地电极和电介质之间为0.025~0.1mm的精加工结构进行有机结合，解决了本领域长期以来臭氧生产浓度不高技术难题。

Description

应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器
技术领域
本发明涉及臭氧发生器技术领域，尤其涉及一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器。
背景技术
半导体生产工艺中的清洁晶圆、消除有机物、去除金属颗粒及去除光刻胶等环节必须采用高纯度(无N2、CO2辅助气体)、高浓度臭氧(臭氧浓度>300mg/L)、小型化臭氧发生器。目前我国半导体行业中所用高浓度、高纯度、小型化臭氧发生器都是来自美国、日本等国家，也是我国急需解决的卡脖子技术。但长期以来，由于受到各种困扰，使得生产高纯度、高浓度臭氧的难度很大。难点之一，高强度放电电场很难实现，因为受到放电间隙和高压放电组件自身电能消耗的制约：其一、高浓度臭氧和高强度放电电场成正比关系、而高强度放电电场和放电间隙成反比关系，为了提高电场强度，人们试图尽量缩小放电间隙、用超窄间隙代替普通间隙去提高放电电场场强，但超窄间隙对环境的要求很高，稍有不甚就容易造成放电区域被击穿；其二，为了避免高强度电场下高压放电组件的电介质电击穿的可能性，需要增加电介质厚度，但在相同功率下，由于增加电介质厚度，电介质本身能量消耗增加了，导致放电区域内有用的能量降低，减弱放电电场强度。难点之二，氧气进入超窄放电间隙，必须要有一定压力才能进入放电电场形成臭氧，但现有的臭氧发生器常常出现氧气未经电场而从高压放电组件中间穿过，原因是其高压放电组件的2片内表面覆盖金属放电极的电介质器件不能实现一体化生产，如专利号：201510648959.0，发明名称：风冷一体式臭氧发生器放电装置记载了：“进气孔1171和出气孔1172沿介质高压电极体2端面上的中心点对称设置以使进气孔1171经由每一进气通道116至出气孔1172的进气回路路径长度相同。两块基电极11之间还设置有弹性密封件3，”，虽然使用了密封垫，但对于超窄间隙的应用场合，密封垫的效果仍然不能产生足够的压力使得气体完全进入放电电场；难点之三，超窄间隙，要求高压放电组件和低压地电极板的加工精度非常高。影响加工精度的因素有二：其一，为了提高产量，产品设计时，要求高压放电组件的长度足够长，但长度满足了，加工精度却下降了，因为尺寸越大则加工精度越是不容易保证。其二，现有的低压地电极板(如专利号：201510648959.0，发明名称：风冷一体式臭氧发生器)上同时设有氧气的进气通道和出气通道，这就使得低压地电极板面积比较大，由于低压地电极板上还开设有氧气的进气通道和出气通道，以上两个因素加一起使得低压地电极板加工难度也加大了很多，加工精度难以保证。
发明内容
本发明为解决现有技术提出的问题，提出一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，第一目的在于解决因放电间隙不够小、致使放电场强度上不去、臭氧浓度不高的问题；第二目的在于解决100％氧气进入超窄放电间隙，改进常规臭氧发生器的氧气未经电场而从高压放电组件中间穿过的问题；第三目的在于解决超窄放电间隙对加工精度要求很高、而现有技术高压放电组件和低压地电极的加工精度都难以保证的问题。
本发明为解决其技术问题，提出以下技术方案
一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，该高浓度小型化臭氧发生器包括至少一组臭氧发生单元、以及沿着臭氧发生单元的进气和出气方向依次布设的氧气进口壳体和臭氧出口壳体、沿着垂直于该进气和出气方向依次布设的前后盖板或上下盖板；该臭氧发生单元由第一低压地电极板、第二低压地电极板和它们之间的高压放电组件及隔片组成，该至少一组臭氧发生单元包括2个放电区，
其特征在于：
所述高压放电组件为一体化高压放电组件、该一体化高压放电组件用于有效防止氧气未经电场而从高压放电组件中间穿过；
所述高压放电区域采用超窄间隙放电结构，该超窄间隙为0.025～0.1mm之间，该超窄间隙用于尽可能地缩短放电间隙、提高放电电场强度，使得超窄放电间隙内的电子能够获得足够大能量；
所述高压放电组件的长度为兼顾臭氧产量和精加工精度的最大长度；
所述高压放电组件的宽度为兼顾了臭氧产生量和避免安全隐患的需求；
所述氧气进口壳体、臭氧出口壳体、低压接地极板各为独立部件，相互之间采用多个螺栓连接；
所述高压放电组件的厚度为0.92～2.2mm之间，用于兼顾电介质的最小耗能以及避免安全隐患；所述高压放电组件的电介质是通过改进，能够有效阻止放电电流过大，引起火花放电和弧光放电的电介质材料；
该一体化高压放电组件由2片内表面覆盖金属放电极的电介质器件强力压制而成的，高压放电组件是将2片内表面覆盖金属放电极的电介质、中间涂有在粘接性能好的绝缘胶，最后强力压制成一体，这样可以有效防止了氧气从高压放电组件中间穿过而未经电场、并因此降低臭氧浓度。
所述高压放电组件的电介质是通过改进，能够有效阻止放电电流过大，引起火花放电和弧光放电的电介质材料，具体为：电介质材料加工工艺是选用99.99％以上高纯度AL2O3，粒径选用小于2μm，该电介质加工是在超净环境下制作的，反复压制成0.46-1mm后的AL2O3薄板，再经过1500度高温烧结成十分均匀的AL2O3薄板电介质层；所述超窄间隙放电结构是在每个放电区低压地电极和高压放电组件之间设有若干隔片，隔片高度为0.025～0.1mm，该隔片在每个放电区域的布设数量以放电区内能够均匀达到最小间隙的最少数量为标准。
所述高压放电组件的长度优选为150～200毫米，其长度不超过200毫米用于保证精加工精度,其长度不小于150毫米用于保证臭氧生产产量。
所述高压放电组件宽度优选为70～170毫米，其宽度不超过170毫米，用于避免氧气在电场内停留时间过长、高压放电组件热量不能快速导出、导致电介质击穿的问题；其宽度不小于70毫米，用以解决为了获得大产量臭氧，采用增加低压接地极和高压放电组件个数的方法，进而增加精加工成本、安装成本、调试成本的问题。
所述氧气进口壳体、臭氧出口壳体、低压接地极板各为独立部件，用于去掉低压接地极板上与放电无关的面积，将氧气进口壳体、臭氧出口壳体与低压接地极板分离开，尽可能保证放电区域的低压接地极板加工精度。
所述高压放电组件的厚度为0.92～2.2mm之间，其中，电介质的总厚度占高压放电组件总厚度的0.9～2，高压放电组件由两片电介质及中间的放电极组成，每片电介质的厚度在0.45～1mm之间；所述电介质的厚度不能小于0.45mm，用于避免厚度小于0.45mm时产生电击穿；所述电介质的厚度不能大于1mm，用于控制电介质厚度增加导致电介质消耗电能增加、放电区域内有用能量降低。
所述低压接地极板的内部腔体布置冷却剂循环通道，冷却剂入口和冷却剂出口处都设置在所述低压接地极板的厚度方向同一短侧壁上。
所述氧气入口壳体呈凹槽状，其内部设置高压接头及氧气进气接头，通过多个螺栓固定所述低压接地极板的对应厚度方向的长侧壁上；所述臭氧出口壳体形状为凹槽状，其内部设置臭氧出气接头，通过多个螺栓固定所述低压接地极板的对应厚度方向的长侧壁上；
所述应用于半导体高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，是指在无粘合剂、导热橡胶及导热板的情况下，使用多个螺栓向所述至少1个臭氧发生单元施加压力，使得所述至少1个臭氧发生单元的第一低压接地极板、第二低压接地极板、以及第一低压接地极板和第二低压接地极板之间的高压放电组件、隔片保持在一起。
本发明的优点效果
1、本发明将经过改造后的电介质材料、一体化高压放电组件、确保低压地电极和电介质之间为0.025～0.1mm的精加工结构进行有机结合，解决了高浓度臭氧生产的新的技术问题，取得了预料不到的效果：一体化高压放电组件为气体100％进入超窄间隙提供了必要条件。改造后电介质材料确保了在0.025～0.1mm超窄间隙的强电场内电介质不会被击穿、从而为基于超窄间隙放电提供了基本保证；确保精加工的低压地电极和电介质结构使得超窄间隙放电能够取得最优效果，以上三者相互支持相互依赖，组合以后的效果要比组合以前的效果优越得多，具有突出的实质性特点和显著进步。
2、本发明解决了本领域长期以来的技术难题，一体化高压放电组件解决了长期以来因为气体进入放电区域的压力不足、致使臭氧的生产浓度上不去的难题；电介质材料的改进，解决了长期以来超窄间隙放电时，电介质容易被击穿的难题；低压地电极和高压放电组件结构和尺寸的改进，解决了长期以来因为低压地电极结构复杂不利于精加工的难题；高压放电组件长度的改进，解决了长期以来不能同时兼顾臭氧产量和精加工精度的难题，找到了二者之间的平衡点。
附图说明
图1为本发明应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器外形图；
图2为本发明应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器A-A剖面图；
图3为本发明应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器B-B剖面图；
图4是本发明臭氧发生器高浓度实验数据表；
图1中：100:应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器；220a:第一低压接地极板；240:氧气进口壳体；240-1:氧气进气接头；240-2:高压线缆入口；250:臭氧出口壳体；250-1:臭氧出气接头；270：氧气进口壳体与及臭氧出口壳体与低压接地极板之间连接使用螺栓；。
图2中：100:应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器；200a:第一臭氧发生单元；200b:第二臭氧发生单元；210a:第一高压放电组件；210a1:第一介电介质层；210a2:高压放电极；210a3:第二介电介质层；210b:第二高压放电组件；223-1：进水孔；223-2：出水孔；230：隔片；240:氧气进口壳体；250:臭氧出口壳体；
图3中：220a:第一低压接地极板；220b:第二低压接地极板；220c:第三低压接地极板；223:冷却水管；260:上下挡板；210a:第一高压放电组件；210b:第二高压放电组件；290:上下挡板与低压接极板连接螺栓；280：串接臭氧发生单元的螺栓；230-1：放电间隙；221：第一低压接地极板220a的朝放电区域的表面；210a1：第一介电介质层；230：隔片；210a3：第二介电介质层；222：第二低压接地极板220b的朝放电区域的表面，210a2高压放电极。
具体实施方式
本发明设计原理
本发明窄间隙放电不属于不容易想到、但属于不容易做到。所述不容易做到就是窄间隙放电所牵扯的因素很多，而且这些因素又是相互制约相互依存的关系，只有同时将各个方面的难点都克服掉才能做到窄间隙放电。
1、窄间隙放电的主要难点在于：高压放电组件的电介质在超窄间隙的强电场内容易被击穿，本发明采用的方法是：高压放电组件的电介质是通过改进，能够有效阻止放电电流过大，引起火花放电和弧光放电的电介质材料；改进方法是：工艺上选用99.99％以上高纯度AL2O3，粒径选用小于2μm，该电介质加工是在超净环境下制作的，反复压制成0.46-1mm后的AL2O3薄板，再经过1500度高温烧结成十分均匀的AL2O3薄板电介质层；改进后的电介质具有高绝缘度、高介电常数、高密度、高均匀度和低矫曲度，能够有效限制放电电流的无限制增长，可以阻止放电间隙产生火花放电或者弧光放电。
2、超窄间隙放电需要采用与之配合的多种手段而不能仅仅是间隙变窄。
第一个与之配合的手段是一体化制作高压放电组件，由于氧气进入超窄放电间隙，必须要有一定压力才能进入放电电场形成臭氧，采用一体化高压放电组件用于有效防止氧气未经电场而从高压放电组件中间穿过。如图2的210a所示,210a由上下两层电介质210a1、210a3和中间的高压电极210a2组成，所述一体化就是采用高热强制压力的方法将三者压制而成，当氧气从左侧进入的时候，由于两个高压放电组件210a和210b分别已经压制为一个整体，如图3所示，气体只能进入超窄间隙230-1而不会从其他地方经过。
第二个与之配合的手段是确保高压放电区的加工精度。高压放电区如图3所示，所述高压放电区也就是图中标记的超窄间隙230-1，确保高压放电区的加工精度就是确保放电区两侧点和点之间的距离均为0.025～0.1mm，由于放电区域两侧一侧为低压接地电极板、另一侧为高压放电组件，确保高压放电区的加工精度就是确保这两个部件的加工精度。本发明确保低压接地电极板加工精度方法是：设计氧气进口壳体、臭氧出口壳体、低压接地极板各为独立部件，去掉现有低压接地电极板上与放电电场无关的的部分面积，所述与放电电场无关的的部分面积就是现有低压接地电极板上氧气进口和臭氧出口所占用的面积，通过减少精加工面积和减少加工复杂度，保证放电区域的低压接地极板加工精度；本发明确保高压放电组件加工精度方法是：对高压放电组件的长度(长度方向是垂直氧气进入电场方向)进行限制但同时又要兼顾产量达标，其原理是：高压放电组件越长越难保证电介质纯度。若考虑臭氧气体生成量和电能消耗，高压放电组件越长越有利臭氧的生成，但要求电介质的加工精度越高，只有电介质平面度小于0.001毫米(目前电介质最高加工精度是小于0.0005毫米)，才能保证放电间隙在0.025～0.1毫米之间。高压放电组件越长越难保证电介质加工精度。若高压放电组长度小于150毫米，虽然提高了单位放电面积的臭氧浓度，降低电能能耗，但要取得大的臭氧产量，就要增加低压接地极和高压放电组件个数，增加低压接地极板和高压放电组件的精加工、安装、调试的成本。本发明将高压放电组件的长度定在150～200毫米，正是兼顾了臭氧产生量和节约耗能的需求，是一种最佳的组合。
第三个与之配合的手段是：高压放电组件的宽度(宽度方向是沿着氧气进入电场方向)兼顾了臭氧产生量和避免安全隐患的需求。本发明在放电间隙形成强电离放电电场的同时也会产生大量热量，致使低压接地极和高压放电组件温度急剧上升，其中低压接地极热量是通过自身冷却循环管路带出，高压放电组件的热量是通过氧气流动带出。若高压放电组件宽度超出170毫米，氧气在电场内停留时间过长，高压放电组件的热量没能快速导出，造成温度上升。当高压放电组件中的电介质温度增高到极限值时，电介质的电导率会突然增大甚至引起结构损坏，由介电状态变为导电状态，导致了电介质击穿，存在着安全隐患。另外，高压放电组件温度上升，在放电电场内对已产生臭氧又重新分解成氧气，大幅度降低了臭氧生成量。若高压放电组件宽度小于70毫米，虽然提高了单位放电面积的臭氧生产量，降低电能能耗。但要获得大产量臭氧，就要增加低压接地极和高压放电组件个数，进而增加低压接地极板和高压放电组件的精加工、安装、调试的成本。高压放电组件的宽度定在70～170毫米，正是兼顾了臭氧产生量和节约耗能的需求，是一种最佳的组合。
基于上述原理，本发明设计了一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器。
一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器如图1-3所示，该高浓度小型化臭氧发生器包括至少一组臭氧发生单元、以及沿着臭氧发生单元的进气和出气方向依次布设的氧气进口壳体240和氧气出口壳体250、沿着垂直于该进气和出气方向依次布设的上下盖板260；该臭氧发生单元由第一低压地电极板220a、第二低压接地电极板220b和它们之间的高压放电组件210a组成，如图3所示，该至少一组臭氧发生单元包括2个放电区230-1，其特点是：
所述高压放电组件为一体化高压放电组件、该一体化高压放电组件用于有效防止氧气未经电场而从高压放电组件中间穿过；具体为：
该一体化高压放电组件由2片内表面覆盖金属放电极的电介质器件强力压制而成的，高压放电组件是将2片内表面覆盖金属放电极的电介质210a1、210a3中间涂有粘接性能好的绝缘胶，最后强力压制成一体，这样可以有效防止了氧气从高压放电组件中间穿过而未经电场、并防止因此降低臭氧浓度。
所述高压放电组件的电介质是通过改进，能够有效阻止放电电流过大，引起火花放电和弧光放电的电介质材料，具体为：电介质材料加工工艺是选用99.99％以上高纯度AL2O3，粒径选用小于2μm，该电介质加工是在超净环境下制作的，反复压制成0.46-1mm后的AL2O3薄板，再经过1500度高温烧结成十分均匀的AL2O3薄板电介质层；所述超窄间隙放电结构是在每个放电区低压地电极和高压放电组件之间设有若干隔片、隔片高度为0.025～0.1mm，该隔片在每个放电区域的布设数量以放电区内能够均匀达到最小间隙的最少数量为标准。
所述高压放电区域采用超窄间隙放电结构，该超窄间隙为0.025～0.1mm之间，该超窄间隙用于尽可能地缩短放电间隙、提高放电电场强度，使得超窄放电间隙内的电子能够获得足够大能量。
补充说明：
1)所述超窄间隙放电结构由图3的230和230-1组成，隔片高度就是间隙的高度，隔片高度为0.025～0.1mm之间，所以间隙就是0.025～0.1mm之间。间隙是指没有隔片的地方形成的上下间隙。2)放电间隙内的低压接地极与高压放电组件之间施加高频高压电，形成了放电电场，则放电间隙与电场强度成反比例关系。为了提高放电电场强度，只有尽可能地缩短放电间隙，使得放电间隙内的电子获得足够大能量，形成了高能电子，与氧分子发生了非弹性碰撞，把能量传递传递给氧分子，氧分子被激励后，发生了电子雪崩，出现相当数量的空间电荷，在本征电场与外加在电场叠加作用下，形成了大量的微细丝状脉冲微放电，产生大量高能电子电离、离解、电离离解氧气成臭氧。因此，为了提高臭氧气体浓度，要尽可能的减小放电间隙；放电间隙不能无限制的缩短，主要受低压接接地极的加工误差和高压放电组件加工误差制约。每个放电间隙是有1低压接地极板、隔片和1块高压放电组件组成。低压接地极极板和隔片(公认精加工误差值是0.001)的误差是2×0.001＝0.002mm，高压放电组件的误差是由电介质(公认电介质误差值是0.001)误差决定的，是2×0.001＝0.002mm，它们的累计误差是0.004mm。本发明最小放电间隙是0.025mm是累计误差的6倍左右，是目前能够达到的最小放电间隙，这也被我们反复实验验证的。若要继续缩短放电间隙，就存在击穿的隐患。
所述高压放电组件的长度为兼顾臭氧产量和精加工精度的最大长度；
具体为：该长度优选为150～200毫米，其长度不超过200毫米用于保证精加工精度,其长度不小于150毫米用于保证臭氧生产产量。
所述高压放电组件的宽度为兼顾了臭氧产生量和避免安全隐患的需求；
具体为：所述高压放电组件宽度优选为70～170毫米，其宽度不超过170毫米，用于避免氧气在电场内停留时间过长、高压放电组件热量不能快速导出、导致电介质击穿的问题；其宽度不小于70毫米，用以解决为了获得大产量臭氧，采用增加低压接地极和高压放电组件个数的方法，进而增加精加工成本、安装成本、调试成本的问题。
如图1、图2所示，所述氧气进口壳体240、臭氧出口壳体250、低压接地极板220a、220b、220c各为独立部件，相互之间采用多个螺栓连接；所述各为独立部件，用于去掉低压接地极板上与放电无关的面积，将氧气进口壳体、臭氧出口壳体与低压接地极板分离开，尽可能保证放电区域的低压接地极板加工精度。
补充说明：
氧气进口壳体、臭氧出口壳体与低压接地极板都是独立部件，它们之间连接都是采用多个螺栓连接，常规臭氧发生器的低压接地极板本身具有氧气进入与臭氧排出的功能，即氧气从低压接地极板的氧气入口处进入放电电场，再从低压接地板的臭氧出口处进入到应用现场。而本发明氧气进口壳体、臭氧出口壳体与低压接地极板都是独立部件，氧气从氧气进口壳体进入放电电场，再从臭氧出口壳体进入到应用现场。本发明设计理念是尽可能保证放电区域的低压接地极板加工精度，去掉于放电电场无关的的低压接地极板的部分面积，才能实现放电间隙(0.025～0.1mm)的强电离放电电场，进而提高了单位面积的臭氧生产量，降低了能耗。
如图2所示，所述高压放电组件210a、210b的厚度为0.92～2.2mm之间，用于兼顾电介质的最小耗能以及避免安全隐患；其中，高压放电组件210a中电介质210a1、210a3的总厚度0.9～2mm，高压放电组件210a由两片电介质及中间的放电极组成，每片电介质的厚度在0.45～1mm之间；所述电介质的厚度不能小于0.45mm，用于避免厚度小于0.45mm时产生电击穿；所述电介质的厚度不能大于1mm，用于控制电介质厚度增加导致电介质消耗电能增加、放电区域内有用能量降低。
补充说明：
高压放电组件是由两片电介质及中间夹有的高压电极的组成，电介质厚度决定高压放电组件的厚度。本发明的电介质厚度在0.45～1mm之间。若电介质厚度大于1mm，虽然能够增加电介质的电击穿能力，但在相同功率下，由于增加电介质厚度，电介质本身能量消耗增加了，导致放电区域内有用的能量降低，减弱放电电场强度，降低了单位放电面积的臭氧生成。另外，电介质增厚，本身热量储存能力增大，不利于电介质散热，增强电介质热击穿的隐患。若电介质厚度小于0.45mm，增加了电介质电击穿的可能性。经反复实验验证了电介质最佳的范围是0.45～1mm之间，对应的高压放电组件是在0.92～2.2mmmm之间。
所述低压接地极板的内部腔体布置冷却剂循环通道223，冷却剂入口223-1和冷却剂出口223-2处都设置在所述低压接地极板220a的厚度方向同一短侧壁上。
补充说明：
为了提高臭氧的生成量，在低压接地极内部设有冷却循环管路，可以直接导出强电离放电所产生的热量。
所述氧气入口壳体240呈凹槽状，其内部设置高压接头240-2及氧气进气接头240-1，通过多个螺栓270固定所述低压接地极板的对应厚度方向的长侧壁上；所述臭氧出口壳体形状为凹槽状，其内部设置臭氧出气接头250-1，通过多个螺栓270固定所述低压接地极板的对应厚度方向的长侧壁上；
所述应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，是指在无粘合剂、导热橡胶及导热板的情况下，使用多个螺栓向所述至少1个臭氧发生单元施加压力，使得所述至少1个臭氧发生单元的第一低压接地极板、第二低压接地极板、以及第一低压接地极板和第二低压接地极板之间的高压放电组件、隔片保持在一起。
实施例一
如图1、图2、图3所示，是本发明应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器的外形图和A-A剖视图、B-B剖视图。所述臭氧发生器100由臭氧发生单元200a和200b(统称200)、氧气进口壳体240、臭氧出口壳体250、上下挡板260。所述臭氧发生器100工作原理是将绝缘介质210a1、210a3放置高压放电极210a2及低压接地极220a、220b之间，且在两级之施加高频高压交流电驱动，导致电极之间大量的短暂微放电流光柱(微放电)形成，产生大量高能电子电离、离解、离解电离氧气成高浓度臭氧。
所述臭氧发生单元200a包括第一低压接地极板220a和第二低压接地极板220b、第一电介质层210a1、第二电介质层210a3、高压放电极210a2及多个隔片230。
本发明的高压放电组件210a是由第一电介质层210a1、高压放电极210a2、第二电介质层210a3由上至下层叠压制成一体。
本发明的高压放电极210a2是金属电极，例如不锈钢、钛、镍、银、钨等金属导体。本发明的臭氧发生单元200a包括第一低压接地极板220a和第二低压接地极板220b。低压接地极板是金属材料(例如，不锈钢、银、钛、钨)加工成，无需覆盖一层陶瓷片或使用其它方法。
本发明的隔片230是通过摩擦固持在放电区域内适当位置的单独材料或多种材料片(例如，陶瓷片、不锈钢片、钛钢片)。本发明的臭氧发生单元200a包括第一放电区域和第二放电区域。由第一低压接地极板220a朝放电区域的下表面221、隔片230及第一电介质层210a1组成第一放电区域；由第二电介质层210a3、隔片230及第二低压接地极板220b的上表面222组成第二放电区域。每个臭氧发生单元有两个放电区域。
本发明的低压接地极板内部腔体设置了完整冷却剂循环水路，且在低压接地极板短侧壁面上设置冷却剂流体输入口223-1及冷却剂流体输出口223-2。放电区域的气体微放电产生热量，冷却剂流体是从冷却剂流体输入口223-1进入低压接地极板220a腔体内，然后再从冷却剂流体输出口223-2输出臭氧发生器。该设计有效提高臭氧发生器冷却效果，也能防止低压冷却剂流体泄漏而造成臭氧发生器安全隐患。在一些实施例中，低压接地极板腔体内贯穿多根平行冷却水路，各水路两端分别通过各连接管连通，两侧连接管的出口各通过一个矩形长条密封件封堵，位于连接管出口位置分别设有紧固螺丝对密封件进行紧固密封。在一些实施例中，低压接地极板内部腔体没有设置冷却剂水路，而在低压接地极板表面设置具有冷却剂管路的导热板。
所述的臭氧发生器由3个低压接地极板(220a、220b、220c)及2个高压放电组件(210a、210b)组成4个放电区域。低压接地极板220b由臭氧发生单元200a和臭氧发生单元200b共同使用。
使用多个螺栓280将臭氧发生单元220a及臭氧发生单元220b的各个构件串接在一起。在连接过程中，无需添加粘合剂情况下保持位于期间的高压放电组件210a、210b、低压接地极板220a、220b、220c、隔片230之间紧密接触。
本发明的氧气入口壳体240呈凹槽状，其内部设置高压接头240-2及氧气进气接头240-1，通过多个螺栓270固定低压接地极板对应厚度方向的长侧壁上；
本发明的臭氧出口壳体250为凹槽状，其内部设置臭氧出气接头250-1，通过多个螺栓270固定低压接地极板的对应厚度方向的长侧壁上；
所述臭氧发生器100使用多个螺栓290将上下挡板260分别固定在矩形低压接地极板220a及220c短侧壁面上。
臭氧发生器100密封室是由氧气进口壳体240、臭氧出口壳体250、上下挡板260、低压接地极板220a及低压接地极板220c围成，它们连接方式是通过多个螺栓270、280、290实现。供应至臭氧发生器气体由氧气进口壳体240进入放电区域内形成臭氧气体，再经臭氧出口壳体250输出至应用现场。
如图4所示，为发明高浓度、小型化臭氧发生器实验数据表，从实验数据化看，第一，体积小，本发明臭氧发生器体积(外形尺寸250X200X200)是市场常规臭氧发生器(外形尺寸500X400X500)的1/10，真正实现小型化臭氧发生器，有效节省了制作成本；第二，虽然体积只有常规体积的1/10，但是臭氧浓度为157mg/L，比常规体积臭氧发生器150mg/L臭氧浓度还略高，产量达到47g/h，近似于常规体积臭氧发生器50g/h的产量；第三，当通入气体0.5O2时，臭氧浓度达到361mg/L，而常规臭氧发生器通入同样气体0.5O2时，其臭氧浓度只能达到200左右mg/L，本发明的臭氧浓度是常规浓度的1.8倍，原因在于本发明将超窄间隙的放电结构、与之配合的精加工臭氧发生单元、以及低耗能的高压放电组件进行有机结合、相互作用才产生高浓度臭氧的结果。
本发明的高纯度臭氧发生器是指生产臭氧的气体只有氧气而不包含氮气，而常规臭氧发生器当提高浓度时必须加入氮气。
本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神或基本特点的情况下，本发明可以以其它形式来体现。因此，前述实施例在所有方面都考虑为示例性的而不是限制本文描述的发明。因此，本发明的范围由所附权利要求指出而不是由前述描述指出，且因此落在权利要求的相等物的意思和范围内的所有变化都旨在涵盖在其中。

Claims (10)

1.一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，该高浓度小型化臭氧发生器包括至少一组臭氧发生单元、以及沿着臭氧发生单元的进气和出气方向依次布设的氧气进口壳体和臭氧出口壳体、沿着垂直于该进气和出气方向依次布设的前后盖板或上下盖板；该臭氧发生单元由第一低压地电极板、第二低压地电极板和它们之间的高压放电组件及隔片组成，该至少一组臭氧发生单元包括2个放电区，
其特征在于：
所述高压放电组件为一体化高压放电组件、该一体化高压放电组件用于有效防止氧气未经电场而从高压放电组件中间穿过；
所述高压放电区域采用超窄间隙放电结构，该超窄间隙为0.025～0.1mm之间，该超窄间隙用于尽可能地缩短放电间隙、提高放电电场强度，使得超窄放电间隙内的电子能够获得足够大能量；
所述高压放电组件的长度为兼顾臭氧产量和精加工精度的最大长度；
所述高压放电组件的宽度兼顾了臭氧产生量和避免安全隐患的需求；
所述氧气进口壳体、臭氧出口壳体、低压接地极板各为独立部件，相互之间采用多个螺栓连接；
所述高压放电组件的厚度为0.92～2.2mm之间，用于兼顾电介质的最小耗能以及避免安全隐患；所述高压放电组件的电介质是通过改进，能够有效阻止放电电流过大，引起火花放电和弧光放电的电介质材料。
2.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：该一体化高压放电组件由2片内表面覆盖金属放电极的电介质器件强力压制而成的，高压放电组件是将2片内表面覆盖金属放电极的电介质、中间涂有在粘接性能好的绝缘胶，最后强力压制成一体，这样可以有效防止了氧气从高压放电组件中间穿过而未经电场、并因此降低臭氧浓度。
3.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：所述高压放电组件的电介质是通过改进，能够有效阻止放电电流过大，引起火花放电和弧光放电的电介质材料，具体为：电介质材料加工工艺是选用99.99％以上高纯度AL2O3，粒径选用小于2μm，该电介质加工是在超净环境下制作的，反复压制成0.46-1mm后的AL2O3薄板，再经过1500 度高温烧结成十分均匀的AL2O3薄板电介质层；所述超窄间隙放电结构是在每个放电区低压地电极和高压放电组件之间设有若干隔片，隔片高度为0.025～0.1mm，该隔片在每个放电区域的布设数量以放电区内能够均匀达到最小间隙的最少数量为标准。
4.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：所述高压放电组件的长度优选为150～200毫米，其长度不超过200毫米用于保证精加工精度,其长度不小于150毫米用于保证臭氧生产产量。
5.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：所述高压放电组件宽度优选为70～170毫米，其宽度不超过170毫米，用于避免氧气在电场内停留时间过长、高压放电组件热量不能快速导出、导致电介质击穿的问题；其宽度不小于70毫米，用以解决为了获得大产量臭氧，采用增加低压接地极和高压放电组件个数的方法，进而增加精加工成本、安装成本、调试成本的问题。
6.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：所述氧气进口壳体、臭氧出口壳体、低压接地极板各为独立部件，用于去掉低压接地极板上与放电无关的面积，将氧气进口壳体、臭氧出口壳体与低压接地极板分离开，尽可能保证放电区域的低压接地极板加工精度。
7.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：所述高压放电组件的厚度为0.92～2.2mm之间，其中，电介质的总厚度占高压放电组件总厚度的0.9～2，高压放电组件由两片电介质及中间的放电极组成，每片电介质的厚度在0.45～1mm之间；所述电介质的厚度不能小于0.45mm，用于避免厚度小于0.45mm时产生电击穿；所述电介质的厚度不能大于1mm，用于控制电介质厚度增加导致电介质消耗电能增加、放电区域内有用能量降低。
8.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：所述低压接地极板的内部腔体布置冷却剂循环通道，冷却剂入口和冷却剂出口处都设置在所述低压接地极板的厚度方向同一短侧壁上。
9.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：所述氧气入口壳体呈凹槽状，其内部设置高压接头及氧气进气接头，通过多个螺栓固定所述低压接地极板的对应厚度方向的长侧壁上；所述臭氧出口壳体形状为凹槽状，其内部设置臭氧出气接头，通过多个螺栓固定所述低压接地极板的对应厚度方向的长侧壁上。
10.根据权利要求1所述一种应用于半导体的高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，其特征在于：所述应用于半导体高纯度、高浓度、小型化臭氧发生器，是指在无粘合剂、导热橡胶及导热板的情况下，使用多个螺栓向所述至少1个臭氧发生单元施加压力，使得所述至少1个臭氧发生单元的第一低压接地极板、第二低压接地极板、以及第一低压接地极板和第二低压接地极板之间的高压放电组件、隔片保持在一起。
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