JP2019014624A - Electric discharge reaction apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide an electric discharge reaction apparatus that can improve energy efficiency for an electric discharge reaction.SOLUTION: An electric discharge reaction apparatus 1 has a first electrode member 3 and a second electrode member 2 facing each other, a first dielectric 5 provided on the surface of the first electrode member 3, a gas supply part 6 that supplies raw material gas G to between the first electrode member 3 and the second electrode member 2, and a power supply part 7 that is connected to the first electrode member 3 and the second electrode member 2 and applies voltage for generating electric discharge between the first electrode member 3 and the second electrode member 2. On the surface of the second electrode member 2, formed is a trench groove 8. A trough part 9 of the trench groove 8 is filled with the second dielectric 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電極間で放電を発生させることにより原料ガスから反応ガスを生成する放電反応装置に関し、特に、オゾンの発生のためのエネルギー効率を高める技術に関する。   The present invention relates to a discharge reaction apparatus that generates a reaction gas from a raw material gas by generating a discharge between electrodes, and more particularly to a technique for increasing energy efficiency for generating ozone.

従来から、電極間で放電を発生させることにより酸素ガス(原料ガス)からオゾンガス(反応ガス)を生成するオゾン発生装置が提案されている。従来のオゾン発生装置では、互いに対向する電極面を有する一対の電極の間に酸素ガスが供給され、高圧交流電源から高電圧を印加して放電を発生させて、オゾンガスが生成される(例えば特許文献1参照)。このようにして生成されたオゾンガスは、半導体や液晶パネル等の製造プロセス等に使用される。   Conventionally, an ozone generator that generates ozone gas (reactive gas) from oxygen gas (raw material gas) by generating discharge between electrodes has been proposed. In a conventional ozone generator, oxygen gas is supplied between a pair of electrodes having electrode surfaces facing each other, and a high voltage is applied from a high-voltage AC power source to generate a discharge to generate ozone gas (for example, a patent) Reference 1). The ozone gas generated in this way is used for manufacturing processes such as semiconductors and liquid crystal panels.

また従来、電極の表面に溝を形成することによって、高効率てオゾンを生成する技術が提案されている(例えば特許文献2参照)。このように、電極の表面に溝を形成すると、電極の溝の山部(頂上部)において電界強度が高く、より強い放電が行われ、高濃度のオゾンを発生させることが可能になる。   Conventionally, a technique for generating ozone with high efficiency by forming a groove on the surface of an electrode has been proposed (see, for example, Patent Document 2). Thus, when a groove is formed on the surface of the electrode, the electric field strength is high at the peak (top) of the groove of the electrode, a stronger discharge is performed, and high-concentration ozone can be generated.

特開2002−20105号公報JP 2002-20105 A 特開昭63−137748号公報JP-A-63-137748

しかしながら、従来の技術では、電極の溝の山部(頂上部)で放電が行われるものの、電極の溝の谷部でも放電が行われる。この溝の谷部での放電はエネルギー密度が低くオゾンの発生にあまり寄与しないばかりか、使用条件によってはオゾンの分解に作用することもあり、オゾン発生(放電反応)のためのエネルギー効率を充分に高められないという問題があった。   However, in the conventional technique, although discharge is performed at the peak (top) of the groove of the electrode, discharge is also performed at the valley of the groove of the electrode. The discharge at the valley of this groove has a low energy density and does not contribute much to the generation of ozone. Depending on the conditions of use, it may affect the decomposition of ozone, and the energy efficiency for ozone generation (discharge reaction) is sufficient. There was a problem that it could not be raised.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、放電反応のためのエネルギー効率を高めることのできる放電反応装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of said subject, and it aims at providing the discharge reaction apparatus which can improve the energy efficiency for discharge reaction.

本発明の放電反応装置は、互いに対向する第1の電極部材と第2の電極部材と、前記第1の電極部材の表面に設けられる第1の誘電体と、前記第1の電極部材と前記第2の電極部材の間に原料ガスを供給するガス供給部と、前記第1の電極部材と前記第2の電極部材に接続され、前記第1の電極部材と前記第2の電極部材の間で放電を発生させるための電圧を印加する電源部と、を備え、前記第2の電極部材の表面には、トレンチ溝が形成されており、前記トレンチ溝の谷部は、第2の誘電体で埋められている。   The discharge reaction apparatus of the present invention includes a first electrode member and a second electrode member facing each other, a first dielectric provided on a surface of the first electrode member, the first electrode member, A gas supply unit that supplies a source gas between the second electrode members, and is connected to the first electrode member and the second electrode member, and between the first electrode member and the second electrode member And a power source for applying a voltage for generating a discharge at the surface, and a trench groove is formed on a surface of the second electrode member, and a trough of the trench groove is formed by a second dielectric. It is filled with.

この構成によれば、電極部材(第2の電極部材)のトレンチ溝の谷部が誘電体(第2の誘電体)で埋められているので、谷部での放電(放電反応にあまり寄与しない放電)を抑制することができ、放電反応のためのエネルギー効率を高めることができる。   According to this configuration, since the trough of the trench groove of the electrode member (second electrode member) is filled with the dielectric (second dielectric), the discharge at the trough (does not contribute much to the discharge reaction). Discharge) can be suppressed, and the energy efficiency for the discharge reaction can be increased.

また、本発明の放電反応装置では、前記トレンチ溝の山部は、突形状の頂上部を有しており、前記頂上部は、前記谷部を埋めている前記第2の誘電体の表面から突出してもよい。   Moreover, in the discharge reaction apparatus of the present invention, the peak portion of the trench groove has a projecting top portion, and the top portion is from the surface of the second dielectric filling the valley portion. It may protrude.

この構成によれば、トレンチ溝の山部(頂上部)において高い電界強度での放電を生じさせることができる。さらに、トレンチ溝の山部(頂上部)の放電特性は、従前の放電反応装置(電極部材のトレンチ溝の谷部が誘電体で埋められていない放電反応装置)と大きく変わらないため、従前の特性データを有効に利用することができる。   According to this configuration, it is possible to generate a discharge with a high electric field strength at the peak (top) of the trench groove. Furthermore, since the discharge characteristics of the peak (top) of the trench groove are not significantly different from those of the conventional discharge reaction device (discharge reaction device in which the trough of the trench groove of the electrode member is not filled with a dielectric), Characteristic data can be used effectively.

また、本発明の放電反応装置では、前記第2の誘電体の表面から前記頂上部が突出している高さは0〜0.25mmであってもよい。   In the discharge reaction device of the present invention, the height at which the top protrudes from the surface of the second dielectric may be 0 to 0.25 mm.

また、本発明の放電反応装置では、前記トレンチ溝の山部は、平面形状の頂上部を有しており、前記頂上部は、前記谷部を埋めている前第2の誘電体の表面と同一平面で露出してもよい。   Further, in the discharge reaction device of the present invention, the peak portion of the trench groove has a planar top portion, and the top portion is a surface of the second dielectric that fills the valley portion. It may be exposed in the same plane.

この構成によれば、トレンチ溝の山部(頂上部)が谷部を埋めている誘電体の表面と同一平面であるため、例えば機械加工により精度良く製作することができる。   According to this configuration, since the peak portion (top portion) of the trench groove is flush with the surface of the dielectric filling the valley portion, the trench groove can be manufactured with high accuracy by, for example, machining.

また、本発明の放電反応装置では、前記頂上部の露出している幅は0〜0.5mmであってもよい。   In the discharge reaction apparatus of the present invention, the exposed width of the top may be 0 to 0.5 mm.

また、本発明の放電反応装置では、前記第2の誘電体には、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムが取り込まれてもよい。   In the discharge reaction apparatus of the present invention, titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or zirconium is incorporated in the second dielectric. Also good.

この構成によれば、誘電体(第2の誘電体)に、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムなどの金属が取り込まれているので、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス(例えば、純度99.99%以上の純酸素ガスなど)を用いて、高濃度の反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を安定して長時間発生させることができる。したがって、NOxを含まないクリーンな反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を発生させることができる。   According to this configuration, a metal such as titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or zirconium is taken into the dielectric (second dielectric). Therefore, even if nitrogen gas is not added, a high-purity source gas (for example, pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) is used to stabilize a high-concentration reaction gas (for example, ozone gas). Can be generated for a long time. Therefore, it is possible to generate a clean reaction gas (for example, ozone gas) that does not contain NOx.

本発明によれば、放電反応のためのエネルギー効率を高めることができる。   According to the present invention, the energy efficiency for the discharge reaction can be increased.

本発明の実施の形態における放電反応装置の主要な構成を概略的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows roughly the main structures of the discharge reaction apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における放電反応装置の円形電極面を示す平面図である。It is a top view which shows the circular electrode surface of the discharge reaction apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における放電反応装置の電極形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electrode shape of the discharge reaction apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における放電反応装置の電極形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electrode shape of the discharge reaction apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における放電反応装置の電極形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electrode shape of the discharge reaction apparatus in embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態の放電反応装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、半導体や液晶パネル等の製造プロセス等に用いられる放電反応装置の場合を例示する。   Hereinafter, a discharge reaction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case of a discharge reaction apparatus used in a manufacturing process of a semiconductor, a liquid crystal panel or the like is illustrated.

本発明の実施の形態の放電反応装置の構成を、図面を参照して説明する。ここでは、まず、本実施の形態の放電反応装置の原理について説明する。図1は、本実施の形態の放電反応装置の主要な構成を示す説明図である。図1に示すように、放電反応装置1は、互いに対向する一対の電極部材(高圧電極2と接地電極3)と、電極部材2(高圧電極2)の表面に設けられる誘電体4と、電極部材3(接地電極3)の表面に設けられる誘電体5と、一対の電極部材2、3の間に原料ガスG(たとえば酸素ガス)を供給するガス供給部6と、一対の電極部材2、3に接続される電源部7を備えている。   The configuration of the discharge reaction apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, first, the principle of the discharge reaction apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the main configuration of the discharge reaction apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 1, a discharge reaction apparatus 1 includes a pair of electrode members (high voltage electrode 2 and ground electrode 3) facing each other, a dielectric 4 provided on the surface of the electrode member 2 (high voltage electrode 2), an electrode A dielectric 5 provided on the surface of the member 3 (ground electrode 3), a gas supply unit 6 for supplying a source gas G (for example, oxygen gas) between the pair of electrode members 2 and 3, a pair of electrode members 2, 3 is provided.

電源部7は、一対の電極部材2、3の間で放電を発生させるための電圧を印加する機能を備えている。この場合、高圧電極2に電源部7の高圧側が接続され、高圧電極2に高電圧が印加される。接地電極3は接地されている。高圧電極2の表面には、複数のトレンチ溝8が設けられている。トレンチ溝8の谷部9は、誘電体4で埋められている。   The power supply unit 7 has a function of applying a voltage for generating a discharge between the pair of electrode members 2 and 3. In this case, the high voltage side of the power supply unit 7 is connected to the high voltage electrode 2, and a high voltage is applied to the high voltage electrode 2. The ground electrode 3 is grounded. A plurality of trench grooves 8 are provided on the surface of the high voltage electrode 2. The valley portion 9 of the trench groove 8 is filled with the dielectric 4.

誘電体4の形成は、溶射や無機系接着剤によって行われる。例えば、溶射によって誘電体4を形成する場合には、主剤のアルミナ、シリカ等の粉末にチタン(Ti)、タングステン(W)、アンチモン(Sb)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、イットリウム(Y)、または、ジルコニウム(Zr)の粉状のものを混合し、比較的低温で被膜を形成できるプラズマ溶射で施工することが好ましい。また、溶射による盛り上がりは機械加工で平坦にすることが好ましい。   The dielectric 4 is formed by thermal spraying or an inorganic adhesive. For example, when the dielectric 4 is formed by thermal spraying, titanium (Ti), tungsten (W), antimony (Sb), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt ( Co), nickel (Ni), vanadium (V), zinc (Zn), tantalum (Ta), niobium (Nb), yttrium (Y), or zirconium (Zr) powder, It is preferable to apply by plasma spraying that can form a film at a low temperature. Moreover, it is preferable to make the bulge by thermal spraying flat by machining.

また、無機系接着剤によって誘電体4を形成する場合には、アルミナ、シリカ等を主成分とするペースト状の材料に、チタン(Ti)、タングステン(W)、アンチモン(Sb)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、亜鉛(Zn)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、イットリウム(Y)、または、ジルコニウム(Zr)の粉末を混合し、溝部に充填して焼成して形成することが好ましい。   When the dielectric 4 is formed with an inorganic adhesive, titanium (Ti), tungsten (W), antimony (Sb), manganese (Mn) is used as a paste-like material mainly composed of alumina, silica, or the like. ), Iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), vanadium (V), zinc (Zn), tantalum (Ta), niobium (Nb), yttrium (Y), or zirconium (Zr) powder It is preferable to form by mixing, filling the groove, and firing.

なお、バナジウム、アンチモン、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、または、チタンは、酸化物(例えば、V25、Sb23、WO3、Mn34、Fe23、NiO、Co34、CaTiO3、MgTiO3、TiO3など)として、溶射膜、無機系接着剤に取り込まれてもよい。あるいは、タングステン、チタン、または、タンタルは、合金(例えば、WC(タングステンカーバイト)、TiC(炭化チタン)、TaC(炭化タンタル)、TiN(窒化チタン)、TiCN(炭窒化チタン)など)として、溶射膜、無機系接着剤に取り込まれてもよい。 Note that vanadium, antimony, tungsten, manganese, iron, nickel, cobalt, or titanium is an oxide (for example, V 2 O 5 , Sb 2 O 3 , WO 3 , Mn 3 O 4 , Fe 2 O 3 , NiO). , Co 3 O 4 , CaTiO 3 , MgTiO 3 , TiO 3, etc.) may be incorporated into the sprayed film or the inorganic adhesive. Alternatively, tungsten, titanium, or tantalum is an alloy (for example, WC (tungsten carbide), TiC (titanium carbide), TaC (tantalum carbide), TiN (titanium nitride), TiCN (titanium carbonitride), etc.) It may be incorporated into a sprayed film or an inorganic adhesive.

次に、本実施の形態の放電反応装置1の具体例について説明する。図2は、高圧電極2の一例を示す図である。図2に示すように、高圧電極2としては、円形電極面が使用される。   Next, a specific example of the discharge reaction device 1 of the present embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the high-voltage electrode 2. As shown in FIG. 2, a circular electrode surface is used as the high voltage electrode 2.

一般に、放電反応装置1(オゾン発生装置)は、互いに対向する円形電極面を有する対の電極部材(高圧電極2および接地電極3)、両電極部材2、3の対向する間に配置される誘電体5と、円板形空間を備えている。円板形空間は、対向する円形電極面の間の空間(放電が生じる空間)であり、この空間へ酸素を含む原料ガスを流動させると酸素がオゾンに変換される。高圧電極2は、電源の高圧側に接続され、接地電極3は、電源のアース側に接続される。なお、本実施例では、高圧電極2の表面に、複数のトレンチ溝8を形成しているが、接地電極3の表面に複数のトレンチ溝を形成するようにしてもよい。すなわち、トレンチ溝を形成する電極は、高圧電極であってもよく、接地電極であってもよい。   In general, the discharge reaction device 1 (ozone generator) is a dielectric that is disposed between a pair of electrode members (a high-voltage electrode 2 and a ground electrode 3) having circular electrode surfaces facing each other and the electrode members 2 and 3 facing each other. It has a body 5 and a disk-shaped space. The disk-shaped space is a space between the opposing circular electrode surfaces (a space in which discharge occurs), and oxygen is converted into ozone when a source gas containing oxygen flows into this space. The high voltage electrode 2 is connected to the high voltage side of the power source, and the ground electrode 3 is connected to the ground side of the power source. In the present embodiment, the plurality of trench grooves 8 are formed on the surface of the high-voltage electrode 2, but a plurality of trench grooves may be formed on the surface of the ground electrode 3. That is, the electrode forming the trench groove may be a high voltage electrode or a ground electrode.

図3は、本実施の形態の放電反応装置1の電極形状の一例を示す図である。図3に示すように高圧電極2の電極面は、複数のトレンチ溝8を備えている。この場合、トレンチ溝8は、同心状に配置され、互いにほぼ平行に伸びている。そして、上述のように、このトレンチ溝8の谷部9に溶射や無機系接着剤による誘電体4が形成されている。   FIG. 3 is a diagram showing an example of the electrode shape of the discharge reaction apparatus 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the electrode surface of the high-voltage electrode 2 includes a plurality of trench grooves 8. In this case, the trench grooves 8 are arranged concentrically and extend substantially parallel to each other. As described above, the dielectric 4 is formed in the valley portion 9 of the trench groove 8 by thermal spraying or an inorganic adhesive.

また、図3に示すように、トレンチ溝8の山部10は、突形状の頂上部11を有しており、頂上部11は、谷部9を埋めている誘電体4の表面から突出している。例えば、誘電体4の表面から頂上部11が突出している高さAは0〜0.25mmである。なお、トレンチ溝8の深さ(谷部9から頂上部11までの高さ)Bは0.3〜1.5mmであり、頂上部11のピッチCは0.75〜3.0mmである。   As shown in FIG. 3, the peak portion 10 of the trench groove 8 has a protruding top portion 11, and the top portion 11 protrudes from the surface of the dielectric 4 filling the valley portion 9. Yes. For example, the height A at which the top 11 protrudes from the surface of the dielectric 4 is 0 to 0.25 mm. The depth (the height from the valley portion 9 to the top portion 11) B of the trench groove 8 is 0.3 to 1.5 mm, and the pitch C of the top portion 11 is 0.75 to 3.0 mm.

高圧電極2は、金属により形成される。接地電極3は、サファイアの裏面に施した銀系のメタライズ層により形成され、誘電体5は、円板状の単結晶サファイアから形成される。放電空間は、トレンチ溝8の山部10および誘電体4の表面と誘電体5の間の空間により形成される(図1参照)。トレンチ溝8の山部10と誘電体5の間の距離は、0.01mm〜0.3mmである。半導体製造に使用されるようなクリーンなオゾンガスを必要とする場合は、誘電体5の材料はクリーンな材質であるサファイアもしくは高純度のアルミナセラミックス、高純度石英ガラス等が適当である。   The high voltage electrode 2 is made of metal. The ground electrode 3 is formed of a silver-based metallized layer provided on the back surface of sapphire, and the dielectric 5 is formed of disc-shaped single crystal sapphire. The discharge space is formed by a space between the peak portion 10 of the trench groove 8 and the surface of the dielectric 4 and the dielectric 5 (see FIG. 1). The distance between the peak portion 10 of the trench groove 8 and the dielectric 5 is 0.01 mm to 0.3 mm. When clean ozone gas used for semiconductor manufacture is required, the material of the dielectric 5 is suitably a clean material such as sapphire, high-purity alumina ceramics, high-purity quartz glass, or the like.

図2に示すように、原料ガスGは、入口通路12、外周空間13を経て円板形空間へ導入され、円板形空間内をほぼ半径方向内向きに流動され、高圧電極2の中心部に設けられる中心空間14へ集められ、案内通路15を経て電極の半径方向外方へ案内される。この場合、原料ガスGは、トレンチ溝8と誘電体5の間の空間をトレンチ溝8を横切る方向に流動される。なお、原料ガスGは、円板形空間内をほぼ半径方向内向きに流動される代りに、半径方向外向きに流動されてもよい。この場合、原料ガスは、最初に案内通路15を経て中心空間14へ供給され、円板形空間内をほぼ半径方向外向きに流動され、外周空間13を経て入口通路12へ案内される。   As shown in FIG. 2, the raw material gas G is introduced into the disk-shaped space through the inlet passage 12 and the outer peripheral space 13, and flows in the disk-shaped space almost inward in the radial direction. Are gathered into a central space 14 provided in the center, and are guided radially outward of the electrode through a guide passage 15. In this case, the source gas G flows in a direction across the trench groove 8 in the space between the trench groove 8 and the dielectric 5. The source gas G may flow radially outward instead of flowing substantially radially inward in the disk-shaped space. In this case, the source gas is first supplied to the central space 14 through the guide passage 15, flows in the disk-shaped space substantially outward in the radial direction, and is guided to the inlet passage 12 through the outer peripheral space 13.

高圧電極2は、電源部7の高圧側へ連結され、接地電極3は、電源部7のアース側へ連結される。そして、両電極2、3の間の円板形空間に高圧交流電圧が印加され、両電極2、3の間の円板形空間にバリア放電が生じる。この円板形空間を通るように、酸素を含む原料ガスGが流動され、その一部がオゾンに変換される。本実施の形態では、原料ガスGの流れが多数のトレンチ溝8を横切る方向とされ、放電密度の高いトレンチ溝8の頂上部11を必ず通過するので、高濃度のオゾンを発生することが可能である。   The high voltage electrode 2 is connected to the high voltage side of the power supply unit 7, and the ground electrode 3 is connected to the ground side of the power supply unit 7. Then, a high-voltage AC voltage is applied to the disk-shaped space between both electrodes 2 and 3, and a barrier discharge is generated in the disk-shaped space between both electrodes 2 and 3. A raw material gas G containing oxygen flows through the disk-shaped space, and a part thereof is converted into ozone. In the present embodiment, the flow of the source gas G is set in a direction crossing a large number of trench grooves 8, and always passes through the top 11 of the trench grooves 8 having a high discharge density, so that high-concentration ozone can be generated. It is.

本実施の形態の放電反応装置1では、一対の電極部材2、3の間に原料ガスGが供給され、電源部7から電圧が印加されて放電が発生する。この場合、一対の電極部材2、3の放電に接する部分(接地電極2の表面)は、電極材料としてアルミニウムが用いられ、陽極酸化処理膜で被覆されている。陽極酸化処理膜で電極を被覆することにより、電極の耐久性が向上する。   In the discharge reaction device 1 of the present embodiment, the raw material gas G is supplied between the pair of electrode members 2 and 3, and a voltage is applied from the power supply unit 7 to generate discharge. In this case, portions of the pair of electrode members 2 and 3 that are in contact with the discharge (surface of the ground electrode 2) are made of aluminum as an electrode material and are covered with an anodized film. By covering the electrode with the anodized film, the durability of the electrode is improved.

また、本実施の形態では、このトレンチ溝8の谷部9に溶射や無機系接着剤による誘電体4が形成されている。この誘電体4に、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムなどの金属が取り込まれているので、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス(例えば、純度99.99%以上の純酸素ガスなど)を用いて、高濃度の反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を安定して長時間発生させることができる。したがって、NOxを含まないクリーンな反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を発生させることができる。   Further, in the present embodiment, the dielectric 4 is formed in the valley portion 9 of the trench groove 8 by thermal spraying or an inorganic adhesive. Since the dielectric 4 contains a metal such as titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or zirconium, nitrogen gas is not added. In addition, a high-concentration reaction gas (for example, ozone gas) can be stably generated for a long time using a high-purity source gas (for example, pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more). Therefore, it is possible to generate a clean reaction gas (for example, ozone gas) that does not contain NOx.

ここで、従来、窒素ガスを添加しないとオゾン濃度が徐々に低下する現象について説明する。放電によるプラズマ下では、電極表面を構成している原子が電極表面から抜ける現象が発生する。そして、その現象が発生している領域の周辺では、共有結合の相手を失って、結合に関与しない電子(不対電子)で占められたエリアが発現する。不対電子は、不安定であるために、化学的に活性となり、不対電子とオゾンが結合する。結合したオゾンは、分解されて酸素ガスに戻る。このような不対電子で占められたエリアは、放電時間と共に徐々に増えていくため、それに呼応してオゾンガスの濃度も徐々に低下していくと考えられる。   Here, conventionally, a phenomenon in which the ozone concentration is gradually reduced unless nitrogen gas is added will be described. Under plasma due to electric discharge, a phenomenon occurs in which atoms constituting the electrode surface escape from the electrode surface. Then, in the vicinity of the region where the phenomenon occurs, an area occupied by electrons (unpaired electrons) that do not participate in the binding appears due to loss of the covalent bond partner. Since the unpaired electron is unstable, it becomes chemically active, and the unpaired electron and ozone are combined. The combined ozone is decomposed back to oxygen gas. Since the area occupied by such unpaired electrons gradually increases with the discharge time, it is considered that the concentration of ozone gas gradually decreases accordingly.

つぎに、窒素ガスを添加することによりオゾン濃度を維持できる原理について説明する。窒素ガスを添加すると、放電によるプラズマで生成したNOxがその不対電子のエリアに取込まれ、活性点を塞ぐと考えられる。したがって、従来、窒素ガスを微量に添加することにより、高濃度のオゾンガスを安定して発生することが可能となる。本実施の形態では、従来のように窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス(例えば、純度99.99%以上の純酸素ガスなど)を用いて、高濃度の反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を安定して長時間発生させることができる。その理由は、トレンチ溝8の誘電体4の中に金属を取込むことにより、それらの金属分子または原子またはイオンが、不対電子で占められているエリアと結合し、活性点を塞ぐ作用があるためであると考えられる。   Next, the principle that the ozone concentration can be maintained by adding nitrogen gas will be described. When nitrogen gas is added, NOx generated by plasma due to discharge is taken into the area of unpaired electrons, and the active point is considered to be blocked. Therefore, conventionally, a high concentration of ozone gas can be stably generated by adding a small amount of nitrogen gas. In the present embodiment, a high-concentration reaction gas (for example, a pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) is used by using a high-purity source gas (for example, pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) without adding nitrogen gas as in the prior art. , Ozone gas, etc.) can be generated stably for a long time. The reason is that by incorporating the metal into the dielectric 4 of the trench groove 8, the metal molecules or atoms or ions are combined with the area occupied by unpaired electrons, and the active site is blocked. It is thought that it is because there is.

なお、バナジウム、アンチモン、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、または、チタンなどの酸化物が、トレンチ溝8の誘電体4に取り込まれてもよい。この場合にも、上記と同様に、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス(例えば、純度99.99%以上の純酸素ガスなど)を用いて、高濃度の反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を安定して長時間発生させることができる。   An oxide such as vanadium, antimony, tungsten, manganese, iron, nickel, cobalt, or titanium may be taken into the dielectric 4 of the trench groove 8. Also in this case, similarly to the above, a high-concentration reaction gas (for example, a pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) is used without adding nitrogen gas. , Ozone gas, etc.) can be generated stably for a long time.

あるいは、タングステン、チタン、または、タンタルなどの合金が、トレンチ溝8の誘電体4に取り込まれてもよい。この場合にも、上記と同様に、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス(例えば、純度99.99%以上の純酸素ガスなど)を用いて、高濃度の反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を安定して長時間発生させることができる。   Alternatively, an alloy such as tungsten, titanium, or tantalum may be taken into the dielectric 4 of the trench groove 8. Also in this case, similarly to the above, a high-concentration reaction gas (for example, a pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) is used without adding nitrogen gas. , Ozone gas, etc.) can be generated stably for a long time.

以上説明したように、本実施の形態の放電反応装置1によれば、電極部材2のトレンチ溝8の谷部9が誘電体4で埋められているので、谷部9での放電(オゾン発生にあまり寄与しない放電)を抑制することができ、オゾン発生のためのエネルギー効率を高めることができる。   As described above, according to the discharge reaction device 1 of the present embodiment, since the valley portion 9 of the trench groove 8 of the electrode member 2 is filled with the dielectric 4, the discharge (ozone generation in the valley portion 9) is performed. Discharge that does not contribute much to the energy), and energy efficiency for ozone generation can be increased.

また、本実施の形態では、トレンチ溝8の山部10(頂上部11)において高い電界強度での放電を生じさせることができる。さらに、トレンチ溝8の山部10(頂上部11)の放電特性は、従前の放電反応装置(電極部材のトレンチ溝の谷部が誘電体で埋められていない放電反応装置)と大きく変わらないため、従前の特性データを有効に利用することができる。   Further, in the present embodiment, a discharge with a high electric field strength can be generated in the peak portion 10 (top portion 11) of the trench groove 8. Furthermore, the discharge characteristics of the peak portion 10 (top portion 11) of the trench groove 8 are not significantly different from those of the conventional discharge reaction device (discharge reaction device in which the valley portion of the trench groove of the electrode member is not filled with a dielectric). Therefore, the conventional characteristic data can be used effectively.

また、本実施の形態では、誘電体4に、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムなどの金属が取り込まれているので、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス(例えば、純度99.99%以上の純酸素ガスなど)を用いて、高濃度の反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を安定して長時間発生させることができる。したがって、NOxを含まないクリーンな反応ガス(例えば、オゾンガスなど)を発生させることができる。   In the present embodiment, the dielectric 4 is incorporated with a metal such as titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or zirconium. Even if nitrogen gas is not added, a high-purity source gas (for example, pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) is used to stably supply a high-concentration reaction gas (for example, ozone gas) for a long time. Can be generated. Therefore, it is possible to generate a clean reaction gas (for example, ozone gas) that does not contain NOx.

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。   The embodiments of the present invention have been described above by way of example, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and can be changed or modified according to the purpose within the scope of the claims. is there.

例えば、図4には、放電反応装置1の電極形状の他の例が示される。図4に示すように、トレンチ溝8の山部10は、平面形状の頂上部21を有しており、頂上部21は、谷部9を埋めている誘電体4の表面と同一平面で露出していてもよい。例えば、頂上部21の露出している幅Dは0〜0.5mmである。このように、トレンチ溝8の山部10(頂上部21)が谷部9を埋めている誘電体4の表面と同一平面であれば、機械加工により精度良く製作することができる。   For example, FIG. 4 shows another example of the electrode shape of the discharge reaction device 1. As shown in FIG. 4, the peak portion 10 of the trench groove 8 has a planar top 21, and the top 21 is exposed in the same plane as the surface of the dielectric 4 filling the valley 9. You may do it. For example, the exposed width D of the top 21 is 0 to 0.5 mm. Thus, if the crest 10 (top 21) of the trench 8 is flush with the surface of the dielectric 4 filling the trough 9, it can be manufactured with high precision by machining.

また、図5には、放電反応装置1の電極形状の更に他の例が示される。図5に示すように、トレンチ溝8の山部10(頂上部11)まで誘電体4で埋められていてもよい。例えば、頂上部11(頂上部11)の埋没している幅Eは0〜0.5mmである。このように、トレンチ溝8の山部10(頂上部11)まで誘電体4で埋められていれば、電極部材2が放電にさらされないため、電極部材の耐久性を向上させることができる。   FIG. 5 shows still another example of the electrode shape of the discharge reaction apparatus 1. As shown in FIG. 5, the peak portion 10 (the top portion 11) of the trench groove 8 may be filled with the dielectric 4. For example, the buried width E of the top 11 (top 11) is 0 to 0.5 mm. Thus, if the peak part 10 (top part 11) of the trench groove | channel 8 is filled with the dielectric material 4, since the electrode member 2 is not exposed to discharge, durability of an electrode member can be improved.

以上のように、本発明にかかる放電反応装置は、放電反応のためのエネルギー効率を高めることができるという効果を有し、半導体や液晶パネル等の製造プロセス等に用いられ、有用である。   As described above, the discharge reaction apparatus according to the present invention has an effect that the energy efficiency for the discharge reaction can be increased, and is useful for use in manufacturing processes of semiconductors and liquid crystal panels.

1 放電反応装置(オゾン発生装置)
2 第2の電極部材(高圧電極)
3 第1の電極部材(接地電極)
4 第2の誘電体
5 第1の誘電体
6 ガス供給部
7 電源部
8 トレンチ溝
9 谷部
10 山部
11 頂上部(突形状)
12 入口通路
13 外周空間
14 中心空間
15 案内通路
21 頂上部(平面形状)
1 Discharge reactor (ozone generator)
2 Second electrode member (high voltage electrode)
3 First electrode member (ground electrode)
4 Second dielectric 5 First dielectric 6 Gas supply part 7 Power supply part 8 Trench groove 9 Valley part 10 Mountain part 11 Top part (projection shape)
12 Entrance passage 13 Outer peripheral space 14 Central space 15 Guide passage 21 Top (planar shape)

Claims (6)

互いに対向する第1の電極部材と第2の電極部材と、
前記第1の電極部材の表面に設けられる第1の誘電体と、
前記第1の電極部材と前記第2の電極部材の間に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記第1の電極部材と前記第2の電極部材に接続され、前記第1の電極部材と前記第2の電極部材の間で放電を発生させるための電圧を印加する電源部と、
を備え、
前記第2の電極部材の表面には、トレンチ溝が形成されており、
前記トレンチ溝の谷部は、第2の誘電体で埋められていることを特徴とする放電反応装置。
A first electrode member and a second electrode member facing each other;
A first dielectric provided on a surface of the first electrode member;
A gas supply unit for supplying a source gas between the first electrode member and the second electrode member;
A power supply unit that is connected to the first electrode member and the second electrode member and applies a voltage for generating a discharge between the first electrode member and the second electrode member;
With
A trench groove is formed on the surface of the second electrode member,
The discharge reactor according to claim 1, wherein a trough of the trench is filled with a second dielectric.
前記トレンチ溝の山部は、突形状の頂上部を有しており、
前記頂上部は、前記谷部を埋めている前記第2の誘電体の表面から突出している、請求項1に記載の放電反応装置。
The peak of the trench groove has a protruding top.
The discharge reaction apparatus according to claim 1, wherein the top portion protrudes from a surface of the second dielectric material filling the valley portion.
前記第2の誘電体の表面から前記頂上部が突出している高さは0〜0.25mmである、請求項2に記載の放電反応装置。   The discharge reaction apparatus according to claim 2, wherein a height at which the top projects from the surface of the second dielectric is 0 to 0.25 mm. 前記トレンチ溝の山部は、平面形状の頂上部を有しており、
前記頂上部は、前記谷部を埋めている前記第2の誘電体の表面と同一平面で露出している、請求項1に記載の放電反応装置。
The peak portion of the trench groove has a planar top.
The discharge reaction apparatus according to claim 1, wherein the top is exposed in the same plane as a surface of the second dielectric filling the valley.
前記頂上部の露出している幅は0〜0.5mmである、請求項4に記載の放電反応装置。   The discharge reactor according to claim 4, wherein the exposed width of the top is 0 to 0.5 mm. 前記第2の誘電体には、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムが取り込まれている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の放電反応装置。   The titanium oxide, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or zirconium is incorporated in the second dielectric material. The discharge reaction apparatus according to one item.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024135507A1 (en) * 2022-12-21 2024-06-27 株式会社荏原製作所 Gas generation device

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