KR102549253B1 - Silicon-based charge neutralization system - Google Patents

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KR102549253B1
KR102549253B1 KR1020177030293A KR20177030293A KR102549253B1 KR 102549253 B1 KR102549253 B1 KR 102549253B1 KR 1020177030293 A KR1020177030293 A KR 1020177030293A KR 20177030293 A KR20177030293 A KR 20177030293A KR 102549253 B1 KR102549253 B1 KR 102549253B1
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voltage
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metallic emitter
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피터 게프터
알렉세이 클로츠코브
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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    • HELECTRICITY
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    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T23/00Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere
    • HELECTRICITY
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    • H01T19/00Devices providing for corona discharge

Abstract

본 발명의 실시형태는 고주파수 교류(AC) 전압을 발생하는 단계와; 상기 고주파수 AC 전압을 적어도 하나의 비금속성 방사체(300a)- 상기 적어도 하나의 비금속성 방사체는 중량비로 적어도 70%~99.99% 실리콘을 포함하는 것이고, 상기 적어도 하나의 방사체는 파괴된 산화층을 갖는 적어도 하나의 처리된 표면부(310a)를 포함함 -에 전송하는 단계와; 상기 고주파수 AC 전압에 응답하여 상기 적어도 하나의 비금속성 방사체로부터 이온을 발생하는 단계를 포함하는 낮은 방출 전하 중화 방법을 제공한다. 본 발명의 다른 하나의 실시형태는 상기 동작들을 수행할 수 있는 낮은 방출 전하 중화 장치를 제공한다.An embodiment of the present invention includes generating a high frequency alternating current (AC) voltage; The high-frequency AC voltage is applied to at least one non-metallic radiator (300a) - the at least one non-metallic radiator includes at least 70% to 99.99% silicon by weight, and the at least one radiator has at least one oxide layer that is destroyed. comprising a treated surface portion (310a) of the -transferring; and generating ions from the at least one non-metallic emitter in response to the high frequency AC voltage. Another embodiment of the present invention provides a low emission charge neutralization device capable of performing the above operations.

Figure R1020177030293
Figure R1020177030293

Description

실리콘 기반 전하 중화 시스템Silicon-based charge neutralization system

관련 출원에 대한 교차 참조Cross reference to related applications

이 출원은 2008년 6월 18일자 출원된 미국 가특허 출원 제61/132,422호에 대한 우선권을 주장하는, "고주파수 파형을 갖는 이오나이저의 실리콘 방사체(emitter)"라는 명칭으로 2009년 6월 18일자 출원된 미국 특허 출원 제12/456,526호의 일부 계속 출원이고, 이 미국 출원에 대한 우선권을 주장한다. 상기 미국 특허 출원 제12/456,626호와 61/132,422호는 둘 다 인용에 의해 본원에 통합된다.This application is filed on June 18, 2009 entitled "Silicon Emitter of Ionizer with High Frequency Waveform," claiming priority to US Provisional Patent Application Serial No. 61/132,422, filed on June 18, 2008. It is a continuation-in-part of filed US patent application Ser. No. 12/456,526, claiming priority to this US application. Both of the above US patent applications Ser. Nos. 12/456,626 and 61/132,422 are incorporated herein by reference.

연방 후원 연구에 관한 성명서Statement Regarding Federally Sponsored Research

해당 사항 없음None

마이크로피시 부록 참조See microfiche appendix

해당 사항 없음None

발명의 분야field of invention

본 발명은 주로 정전하 중화 및 제어를 위해 사용되는 이온화 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 반도체, 전자공학 및/또는 플랫 패널 산업에서 신뢰성 있고 낮은 입자 방출 이오나이저의 필요성에 목표를 둔다.The present invention relates primarily to ionizers used for static charge neutralization and control. More specifically, the present invention targets the need for reliable, low particle emission ionizers in the semiconductor, electronics and/or flat panel industries.

AC 이오나이저에 의해, 각각의 방사체는 하나의 시구간 중에 높은 양전압을 수신하고 다른 하나의 시구간 중에 높은 음전압을 수신한다. 그러므로 각각의 방사체는 양이온 및 음이온의 출력을 갖는 코로나 방전을 발생한다.With the AC ionizer, each emitter receives a high positive voltage during one time period and a high negative voltage during another time period. Each emitter therefore generates a corona discharge with outputs of positive and negative ions.

양이온과 음이온의 스트림(클라우드)은 전하를 중화시키고 정전하 관련 기술적 문제를 방지하기 위해 대전된 목표물 쪽으로 지향된다.Streams (clouds) of positive and negative ions are directed towards the charged target to neutralize the charge and avoid electrostatic charge related technical problems.

여기서 제공되는 배경 설명은 본 발명의 내용을 일반적으로 제시하기 위한 것이다. 작업(work)이 이 배경 설명 부분에서 설명된 범위 내에서 현재 지명된 발명자의 작업뿐만 아니라 출원시에 선행 기술로서 인정되지 않는 설명의 양태들은 명시적으로든 암시적으로든 본 발명에 대한 선행 기술로서 용인되지 않는다.The background description provided herein is intended to generally present the subject matter of the present invention. To the extent that work is described in this background section, the work of the presently named inventor, as well as aspects of the description that are not recognized as prior art at the time of filing, are hereby admitted, either explicitly or implicitly, as prior art to the present invention. It doesn't work.

전하 중화기의 이온 방사체(ion emitter)는 양이온과 음이온을 발생하여 주변 공기 또는 가스 매질에 공급한다. 가스 이온을 발생하기 위해, 인가 전압의 진폭은 이온화 셀로서 배열된 적어도 2개의 전극 사이에서 코로나 방전을 생성하도록 충분히 높아야 한다. 이온화 셀에서, 적어도 하나의 전극은 이온 방사체이고 다른 하나는 기준 전극일 수 있다. 또한, 이온화 셀이 적어도 2개의 이온화 전극을 포함하는 것도 가능하다.The charge neutralizer's ion emitter generates positive and negative ions and feeds them into the surrounding air or gas medium. To generate gas ions, the amplitude of the applied voltage must be high enough to create a corona discharge between at least two electrodes arranged as an ionization cell. In an ionization cell, at least one electrode may be an ion emitter and the other may be a reference electrode. It is also possible that the ionization cell comprises at least two ionization electrodes.

유용한 양의 가스 이온과 음의 가스 이온과 함께, 전하 중화기의 방사체는 원치않은 입자를 포함하는 코로나 부산물을 생성하여 방출할 수 있다. 반도체 공정 및 유사한 클린 공정에서, 입자 방출/오염은 결함, 제품 신뢰도 문제 및 이익 손실과 상관된다.Along with the useful positive and negative gas ions, the charge neutralizer's emitter can create and expel corona by-products containing unwanted particles. In semiconductor processing and similar clean processes, particle release/contamination is correlated with defects, product reliability issues and lost profits.

업계에 공지된 몇 가지 요인들이 원치않는 입자 방출량에 영향을 준다. 몇 가지 기본 요인은 예를 들면 물질 조성, 지오메트리 및 이온 방사체의 설계를 포함한다. 제2의 요인은 고전압 전원 장치에 대한 방사체 접속의 배열을 포함한다. 다른 하나의 중요한 요인은 이온 방사체에 인가되는 전력의 윤곽(고전압 및 전류의 크기 및 시간 의존성)과 관련된다.Several factors known in the art affect the amount of unwanted particles released. Some basic factors include, for example, the material composition, geometry and design of the ion emitter. A second factor includes the arrangement of the radiator connections to the high voltage power supply. Another important factor relates to the profile of the power applied to the ion emitter (magnitude and time dependence of high voltage and current).

전력 파형은 고전압 전원 장치에 의해 방사체에 인가되는 전압 윤곽을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 전압/전류 파형은 이온 발생 및 방사체에 의한 입자 방출을 제어하기 위해 사용될 수 있다.The power waveform can be used to control the voltage profile applied to the emitter by the high voltage power supply. Voltage/current waveforms can be used to control ion generation and particle emission by the emitter.

코로나 방전은 DC(직류) 전압 또는 AC(교류) 전압 또는 이들의 조합에 의해 여기될 수 있다. 본 발명의 많은 응용을 위해, 바람직한 전력 파형은 뒤에서 설명하는 바와 같이 고주파수(HF) 전원 장치로부터의 고주파수 고전압(HF-HV) 출력이다. 이 고전압 출력은 끊기지 않는 것보다는 끊겼다가 계속되는 연속적인 것일 수 있다. 즉, 전압 출력은 시간에 따라 진폭이 변하거나 주기적으로 끊길 수 있다.Corona discharge can be excited by DC (direct current) voltage or AC (alternating current) voltage or a combination thereof. For many applications of the present invention, the preferred power waveform is the high frequency high voltage (HF-HV) output from a high frequency (HF) power supply as described below. This high voltage output can be continuous rather than uninterrupted. That is, the voltage output may change in amplitude over time or be disconnected periodically.

방사체의 물질 조성은 이오나이저의 입자 방출 수준에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 일반적인 방사체 물질은 스테인레스강, 텅스텐, 티타늄, 실리콘 산화물, 단결정 실리콘, 실리콘 카바이드, 및 다른 니켈 또는 금 도금 금속을 포함한다. 이 리스트는 완전한 것이 아니다. 발명자들의 경험에 의하면, 금속형 방사체는 코로나 관련 부식 및 튀김(spattering)의 결과로서 더 많은 입자를 발생할 수 있다. 더욱이, 금속성 또는 일반적으로 고전도성 입자는 반도체 산업에서 가끔 "킬러 입자"로서 고려된다(즉, 입자들은 웨이퍼/칩의 빽빽하게 배치된 도전성 트레이스들을 단락 회로화할 수 있다). 그래서, 본 특허 출원의 프레임에서, 발명자들은 뒤에서 설명하는 바와 같이 기본적으로 비금속성 이온 방사체를 생각한다.The material composition of the emitter is known to affect the particle emission level of the ionizer. Common emitter materials include stainless steel, tungsten, titanium, silicon oxide, single crystal silicon, silicon carbide, and other nickel or gold plated metals. This list is not exhaustive. In the experience of the inventors, metallic emitters may generate more particles as a result of corona related corrosion and spattering. Moreover, metallic or generally highly conductive particles are sometimes considered "killer particles" in the semiconductor industry (i.e., the particles can short-circuit closely spaced conductive traces of a wafer/chip). So, in the framework of this patent application, the inventors basically consider a non-metallic ion emitter as will be explained later.

상기 물질들 중의 하나에서, 수퍼 클린(99.99% 플러스 순도 이상) 단결정 실리콘이 낮은 입자 방출의 관점에서 스코트 겔크(Scott Gehlke)에 의해 미국 특허 제5,447,763호에 제안되어 있다. 이 단결정 실리콘은 사실상 클린 방사체 표준으로서 반도체 산업에서 채용되어 왔다. 커티스(Curtis)등에 의해 미국 특허 출원 공개 제2006/0071599호에서 제안된 수퍼 클린 실리콘 카바이드(적어도 99.99% 순도)는 다른 하나의 비금속성 물질이다. 그러나 실리콘 카바이드 방사체는 가격이 비싸고 바람직하지 않은 입자들을 방출하는 경향이 있다.In one of these materials, super clean (greater than 99.99% plus purity) single crystal silicon is proposed by Scott Gehlke in U.S. Patent No. 5,447,763 in view of low particle release. This monocrystalline silicon has been adopted by the semiconductor industry as the de facto clean emitter standard. Super clean silicon carbide (at least 99.99% pure) proposed in US Patent Application Publication No. 2006/0071599 by Curtis et al. is another non-metallic material. However, silicon carbide emitters are expensive and tend to emit undesirable particles.

단결정 실리콘 방사체를 구비한 공지된 이오나이저는 2개의 고전압 DC 전원에 의해 전력이 공급된다. 클린룸 천장 설치용의 룸 이온화 시스템인 "NiLstat" 5000(Ion Systems, Inc.)과 같은 시스템은 전형적으로 10나노미터(직경) 이상인 공기의 입방 피트당 60 미만의 입자를 생성한다. 다른 방사체 물질은 전형적으로 10나노미터(직경) 이상인 공기의 입방 피트당 200 이상의 입자를 생성한다. 일부 물질은 10나노미터(직경) 이상인 공기의 입방 피트당 수천 개의 입자를 생성한다.Known ionizers with single crystal silicon emitters are powered by two high voltage DC power supplies. Systems such as the "NiLstat" 5000 (Ion Systems, Inc.), a room ionization system for cleanroom ceiling installations, typically produce less than 60 particles per cubic foot of air that are 10 nanometers (diameter) or larger. Other emitter materials typically produce more than 200 particles per cubic foot of air that are 10 nanometers (diameter) or larger. Some materials produce thousands of particles per cubic foot of air that are 10 nanometers (diameter) or larger.

비록 (1) 방사체 물질의 성분, (2) 비금속성 방사체의 커넥터 구성의 요소 및 (3) 특수 전력 파형의 인가 중의 일부가 독립적으로 중요한 것으로 알려져 있지만, 종래 기술에서는 고 이온화 신뢰도 및 청결성을 달성하기 위해 이러한 요인들을 전략적으로 결합하는 이익을 고려하지 않았다.Although some of (1) the components of the radiator material, (2) the components of the connector construction of the non-metallic radiator, and (3) the application of the special power waveform are known to be independently important, in the prior art it is difficult to achieve high ionization reliability and cleanliness. We did not consider the benefits of strategically combining these factors for

발명자에 의한 최근의 실험 결과, 발명자들은 안정된 이온 생성 및 방사체에 의한 비예측적으로 낮은 수준의 입자 발생을 유도하는 새로운 조합을 발견하였다. 깨끗하고 및/또는 낮은 입자 방출 이오나이저는 몇 가지 첨단 기술 산업에서 효용성을 갖는다. 특히, 반도체 산업은 수퍼 클린 이오나이저의 명확히 정의된 필요성을 갖는다. 이오나이저는 반도체 장치를 파괴할 수 있는 정전하 및 전기장을 최소화하기 위해 필요하다. 외부의 입자들이 반도체 장치의 신뢰도를 훼손할 수 있기 때문에 가급적 낮은 입자 방출이 또한 요구된다. 첨단 반도체 기술은 웨이퍼에서 24-16 나노미터 특징(feature)을 구축한다. 나노미터 특징들의 경우에, 10나노미터 이상인 입자들의 제어가 절대적으로 필요하다.As a result of recent experiments by the inventors, the inventors have found a new combination that leads to stable ion generation and unexpectedly low level particle generation by the emitter. Clean and/or low particle emission ionizers have utility in several high tech industries. In particular, the semiconductor industry has a clearly defined need for super clean ionizers. Ionizers are needed to minimize static charges and electric fields that can destroy semiconductor devices. Particle emission as low as possible is also required because extraneous particles can damage the reliability of semiconductor devices. Advanced semiconductor technology builds 24-16 nanometer features on wafers. In the case of nanometer features, control of particles larger than 10 nanometers is absolutely necessary.

이 배경 설명 부분에서의 전술한 일반적인 설명은 단지 예를 든 것이고, 특허 청구범위에서 규정하는 본 발명을 제한하는 것이 아님을 이해하여야 한다.It should be understood that the foregoing general description in this background section is illustrative only and does not limit the invention defined in the claims.

발명자에 의한 최근 실험의 결과, (1) 실리콘 기반 물질의 조성 및 방사체 설계, (2) 방사체 커넥터의 배열 및/또는 구성, 및 (3) 전력 전압 파형의 유형은 방사체의 신뢰할 수 있는 성능 및 방사체에 의한 낮은 입자 방출을 위한 복합적인 신규의 유익한 조합으로 생각해야 하는 것으로 나타났다. 발명자에 의해 밝혀진 조합은 안정적인 이온 생성 및 방사체에 의한 비예측적으로 낮은 수준의 입자 발생을 유도한다. 깨끗하고 및/또는 낮은 입자 방출 이오나이저는 몇 가지 첨단 기술 산업에서 효용성을 갖는다. 특히, 반도체 산업은 수퍼 클린 이오나이저에 대한 명확히 정의된 필요성을 갖는다. 이오나이저는 반도체 장치를 파괴할 수 있는 정전하 및 전기장을 최소화하기 위해 필요하다. 외부의 입자들이 반도체 장치의 신뢰도를 훼손할 수 있기 때문에 가급적 낮은 입자 방출이 또한 요구된다. 첨단 반도체 기술은 웨이퍼에서 24-16 나노미터 특징(feature)을 구축한다. 나노미터 특징들의 경우에, 10나노미터 이상인 입자들의 제어가 절대적으로 필요하다.As a result of recent experiments by the inventors, (1) the composition of the silicon-based material and the radiator design, (2) the arrangement and/or configuration of the radiator connectors, and (3) the type of power voltage waveform determine the reliable performance of the radiator and the radiator. It appears to be thought of as a complex new beneficial combination for low particle emission by The combination discovered by the inventors leads to stable ion generation and unexpectedly low level particle generation by the emitter. Clean and/or low particle emission ionizers have utility in several high tech industries. In particular, the semiconductor industry has a well-defined need for super clean ionizers. Ionizers are needed to minimize static charges and electric fields that can destroy semiconductor devices. Particle emission as low as possible is also required because extraneous particles can damage the reliability of semiconductor devices. Advanced semiconductor technology builds 24-16 nanometer features on wafers. In the case of nanometer features, control of particles larger than 10 nanometers is absolutely necessary.

실리콘 기반 물질을 포함하는 방사체 전극 조성, 전극 커넥터, 및 방사체에 인가되는 전력 파형의 정합(matching)은 전하 중화 이오나이저의 종전에는 얻기 어려운 수준의 신뢰도 및 청결도를 달성하는 신규 방법인 것으로 입증되었다. 본 발명의 예시적인 실시형태의 핵심은 중량비로 70% 내지 99.99% 실리콘 범위의 물질/화학 조성을 갖는 비금속성 이온 방사체, 방사체 전극 설계 및 표면 처리(준비), 방사체의 접속 배열, 및 고주파수 범위의 고전압 전원 장치에서의 동작 등의 조합에 있다. 이 조합에서, 고주파수 고전압 전력은 낮은 개시 전압(onset voltage)이 특징인 코로나 방전 모드를 발생한다. 본 발명의 일 실시형태에서 적어도 하나의 비금속성 방사체로부터 발생된 이온들은 최소 개시 HF 전압 및 전력에서 발생되는 양이온 및 음이온을 포함한다.Emitter electrode compositions comprising silicon-based materials, electrode connectors, and matching of power waveforms applied to the emitter have proven to be a novel method of achieving previously unattainable levels of reliability and cleanliness of charge neutralizing ionizers. The key to exemplary embodiments of the present invention is a non-metallic ion emitter having a material/chemical composition in the range of 70% to 99.99% silicon by weight, design and surface treatment (preparation) of the emitter electrode, connection arrangement of the emitter, and high voltage in the high frequency range. There is a combination of operations in the power supply and so on. In this combination, the high frequency high voltage power generates a corona discharge mode characterized by a low onset voltage. In one embodiment of the present invention, the ions generated from the at least one non-metallic emitter include positive and negative ions generated at a minimum starting HF voltage and power.

이 조합은 많은 상이한 유형의 클린룸 이오나이저/전하 중화기에 유효하고 적용 가능하다. 일 예로서, 본 발명의 일 실시형태의 이오나이저는 분류(class) 1 클린룸 생산 환경을 목표로 하는 인라인 이오나이저로 생각할 수 있다. 이 이오나이저는 깨끗한 건조 공기(clean dry air, CDA) 또는 질소, 아르곤 또는 다른 희가스의 유입 흐름을 가질 수 있다. 가스 또는 공기는 이온화 셀 내측의 실리콘 기반 방사체를 따라 지나간다. 이온화 셀/챔버는 전형적으로 공기/가스 입구 및 출구 개구를 제외하고 봉해진다.This combination is valid and applicable to many different types of cleanroom ionizers/charge neutralizers. As an example, the ionizer of one embodiment of the present invention can be thought of as an inline ionizer targeting a class 1 clean room production environment. The ionizer may have an inlet stream of clean dry air (CDA) or nitrogen, argon or other noble gases. The gas or air passes along the silicon-based emitter inside the ionization cell. The ionization cell/chamber is typically sealed except for the air/gas inlet and outlet openings.

본 발명의 실시형태에 따른 인라인 전하 중화 이오나이저의 설계는 고주파수 고전압원과 같은 소형 전원을 이용할 수 있다. 전원 장치의 출력 커넥터는 적어도 하나의 실리콘 기반 방사체를 수용한다. 이온화 셀은 깨끗한 쌍극 이온화를 생성한다. 공기 스트림(또는 질소 또는 아르곤 스트림 또는 다른 가스 스트림)은 이온화 방사체(셀 또는 챔버)로부터 전하 중화의 목표물까지 이온을 이동시키기에 충분하다.The design of the inline charge neutralization ionizer according to the embodiment of the present invention can utilize a small power source such as a high frequency high voltage source. An output connector of the power supply receives at least one silicon-based radiator. The ionization cell produces clean bipolar ionization. The air stream (or nitrogen or argon stream or other gas stream) is sufficient to move the ions from the ionizing emitter (cell or chamber) to the target of charge neutralization.

전원 장치의 고주파수 전압 윤곽은 대략 1KHz~100KHz의 AC 주파수 범위를 갖는다. 피크 전압은 방사체의 코로나 개시 전압(음전압 및 양전압)을 초과한다. 고주파수 AC에서 방사체의 이온 전류는 실리콘 기반 물질의 전기 저항에 의해 실질적으로 제한된다.The high-frequency voltage profile of the power supply has an AC frequency range of approximately 1KHz to 100KHz. The peak voltage exceeds the emitter's corona initiation voltage (negative and positive voltages). At high frequency AC, the emitter's ionic current is substantially limited by the electrical resistance of the silicon-based material.

이 응용에서, 고전압은 적어도 하나의 이온 발생 전극과 기준 전극 사이의 전위차로서 정의된다. 일부 고주파수 AC 이온화 셀에서, 기준 전극은 유전체 벽에 의해 이온화 전극으로부터 격리될 수 있다. 그러므로 전극들 간의 직접 전자, 이온 애벌런시(스파크 방전과 같은 것)의 가능성은 실질적으로 배제되고 방사체로부터의 입자 방출은 크게 감소된다. 동작 모드 중에, 이온들은 전압 진폭이 이온화 전극에 인가된 코로나 양 및 음 개시 전압을 초과할 때마다 발생된다.In this application, high voltage is defined as the potential difference between the at least one ion generating electrode and the reference electrode. In some high frequency AC ionization cells, the reference electrode may be isolated from the ionization electrode by a dielectric wall. Therefore, the possibility of direct electron and ion avalanches (such as spark discharge) between the electrodes is substantially eliminated and particle emission from the emitter is greatly reduced. During the operating mode, ions are generated whenever the voltage amplitude exceeds the corona positive and negative starting voltages applied to the ionizing electrodes.

다른 하나의 주파수(옵션)는 고주파수 AC 전압 윤곽이 연속적이기보다는 주기적일 때 적절하다. 즉, 개시 전압 윤곽을 초과하는 고주파수 AC 전압은 미리 규정된 시간 간격 내에서만 발생된다. 이 시나리오에서, 고주파수 AC 전압은 활성 시간 간격(전형적으로 대략 0.01초 미만으로부터 대략 1초 이상까지) 동안에 방사체에 인가되지만, 비활성 시간 간격 동안에는 개시 전압보다 낮은 전압이 인가될 수 있다. 이 선택적인 고주파수 전압 파형은 본질적으로 온/오프 고전압 모드를 또한 포함할 수 있다. 정상적인 저전압 또는 온/오프 주파수 범위는 대략 0.1Hz~500Hz이지만, 주파수는 이 범위 밖에 있을 수 있다.The other frequency (optional) is appropriate when the high frequency AC voltage profile is periodic rather than continuous. That is, a high frequency AC voltage exceeding the starting voltage contour is generated only within a predefined time interval. In this scenario, a high frequency AC voltage is applied to the emitter during the active time interval (typically less than about 0.01 second to about 1 second or more), but a voltage lower than the starting voltage may be applied during the inactive time interval. This optional high frequency voltage waveform may also include an inherently on/off high voltage mode. The normal undervoltage or on/off frequency range is approximately 0.1Hz to 500Hz, but frequencies can fall outside this range.

일부 실리콘 함유 방사체 조성물이 예로서 제공된다. 이 조성물은 (a) 도핑된 결정 실리콘, (b) 도핑된 폴리 실리콘, (c) 도핑된 실리콘과 실리콘 산화물의 조합 및 (d) 기판 위에 증착된 도핑된 실리콘이다. 도펀트 및 첨가제는 표면 및 체적 전기 저항뿐만 아니라 실리콘 기반 방사체의 기계적 특성을 제어하는데 주로 목표를 둔다. 이들은 바람직하게 붕소, 비소, 탄소, 인 및 기타 원소와 같은 공지된 비금속성 도펀트 그룹으로부터 취해진다.Some silicon-containing emitter compositions are provided as examples. These compositions are (a) doped crystalline silicon, (b) doped polysilicon, (c) a combination of doped silicon and silicon oxide, and (d) doped silicon deposited on a substrate. Dopants and additives are primarily aimed at controlling surface and volume electrical resistivity as well as mechanical properties of silicon-based emitters. They are preferably taken from a group of known non-metallic dopants such as boron, arsenic, carbon, phosphorus and other elements.

따라서, 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태는 고주파수 교류(AC) 전압을 발생하는 단계와; 고주파수 AC 전압을 적어도 하나의 비금속성 방사체에 전송하는 단계와; 고주파수 AC 전압에 응답하여 적어도 하나의 비금속성 방사체로부터 이온을 발생하는 단계를 포함하는 낮은 방출 전하 중화 방법을 제공하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 방사체는 중량비로 적어도 70%의 실리콘 내지 중량비로 99.99% 미만의 실리콘을 포함하고, 상기 적어도 하나의 비금속성 방사체는, 파괴된 산화층을 갖는 적어도 하나의 처리된 표면부를 포함한다.Accordingly, at least one exemplary embodiment of the present invention provides a method comprising generating a high frequency alternating current (AC) voltage; transmitting a high frequency AC voltage to at least one non-metallic radiator; A low emission charge neutralization method comprising generating ions from at least one non-metallic emitter in response to a high frequency AC voltage, wherein the at least one emitter is at least 70% silicon by weight to 99.99% by weight. less than silicon, and the at least one non-metallic emitter includes at least one treated surface portion having a destroyed oxide layer.

본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태는 전술한 기능들을 허용하는 요소들을 포함하는 장치를 또한 제공한다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시형태는 중량비로 적어도 70%의 실리콘 내지 중량비로 99.99% 미만의 실리콘을 포함하는 낮은 방출 전하 중화 장치를 제공하고, 여기서 상기 적어도 하나의 비금속성 방사체는 파괴된 실리콘 산화물층을 갖는 적어도 하나의 처리된 표면부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 비금속성 방사체는 고주파수 AC 전압에 응답하여 이온들을 발생한다.At least one illustrative embodiment of the present invention also provides an apparatus comprising elements allowing the functions described above. For example, one embodiment of the present invention provides a low emission charge neutralization device comprising from at least 70% silicon by weight to less than 99.99% silicon by weight, wherein the at least one non-metallic emitter is destroyed silicon and at least one treated surface portion having an oxide layer, wherein the at least one non-metallic emitter generates ions in response to a high frequency AC voltage.

전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명은 단지 예를 든 것이고, 특허 청구범위에서 규정하는 본 발명을 제한하는 것이 아님을 이해하여야 한다.It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are merely examples and do not limit the invention defined in the claims.

이 명세서에 통합되어 이 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 (몇 가지) 실시형태를 보인 것이고, 그 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 소용된다.The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, show (several) embodiments of the present invention and, together with the description, serve to explain the principles of the present invention.

본 발명의 비제한적이고 총망라적이 아닌 실시형태를 첨부 도면을 참조하면서 설명하며, 첨부 도면에 있어서 동일한 참조 번호는 다르게 특정한 경우를 제외하고 동일한 부분을 나타낸다.
그러나 첨부 도면은 본 발명의 전형적인 실시형태를 나타내고, 따라서 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않고, 본 발명은 다른 동일하게 효과적인 실시형태를 허용할 수 있다.
도 1(a)는 종래의 단결정 실리콘 이온 방사체 또는 (일반적으로) 비금속성 이온 방사체를 보인 도이다.
도 1(b) 및 1(c)는 금속 슬리브 및 홈을 갖는 단결정 실리콘 방사체의 종래의 부분 및 조립체를 보인 도이다.
도 2는 2개의 단결정 실리콘 방사체를 갖는 종래의 DC 룸 이온화 천장 시스템을 보인 도이다.
도 3(a)는 방사체가 미리 선택된 표면 거칠기(roughness)(또는 처리된 표면부)를 갖는 방사체 샤프트부를 포함하는, 본 발명의 실시형태에 따른 실리콘 함유 방사체를 보인 도이다.
도 3(b)는 방사체가 부분 도전성 표면 도금 또는 부분 도전성 표면 코팅(또는 다른 유형의 처리된 표면부)를 갖는 방사체 샤프트부를 포함하는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 방사체를 보인 도이다.
도 3(c)는 발명의 실시형태에 따른, 방사체의 표면 전기 저항 및/또는 체적 전기 저항을 모니터링하기 위한 장치 및 실리콘 함유 방사체를 보인 도이다.
도 4(a) 및 4(b)는 발명의 각종 실시형태에 따른, 방사상 압축 스프링 슬리브 및 금속 핀의 2개의 변체를 갖는 실리콘 함유 방사체를 보인 도이다.
도 5(a), 5(b) 및 5(c)는 발명의 각종 실시형태에 따른, 다른 구성의 테이퍼부 및 첨단부를 갖는 3개의 실리콘 함유 방사체를 보인 도이다.
도 6은 발명의 실시형태에 따른, 코로나 이온화 기간의 "시동" 중에 실리콘 함유 방사체 첨단부의 "소프트" 플라즈마 클리닝을 수행하기 위한 HF 파형을 보인 도이다.
도 7(a), 7(b) 및 7(c)는 발명의 각종 실시형태에 따른, 동작 모드 중에 실리콘 기반 방사체에 인가되는 고주파수 전력 전압 파형의 예를 보인 도이다.
도 8(a) 및 8(b)는 발명의 각종 실시형태에 따른, 변조된 고주파수 전압 파형의 예를 보인 도이다.
도 9(a)는 고주파수 AC 전력 실리콘 기반 방사체가 양쪽 극성 이온을 발생하고 공기/가스 흐름이 방사체로부터 이온들의 스트림을 이동시키는, 발명의 실시형태에 따른 인라인 이오나이저의 이온화 셀/챔버를 보인 도이다.
도 9(b)는 발명의 실시형태에 따른 가스 채널 및 이온화 셀을 보인 도이다.
도 9(c)는 발명의 실시형태에 따른, 실리콘 기반 방사체를 갖는 인라인 이오나이저의 단순화한 블록도이다.
도 10(a), 10(b), 10(c) 및 10(d)는 발명의 실시형태에 따른, 고주파수 AC 이온화 바의 단순화한 구조, 및 실리콘 기반 이온 방사체를 갖는 노즐의 세부를 보인 도이다.
Non-limiting and non-exhaustive embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals denote like parts except where otherwise specified.
However, the accompanying drawings show exemplary embodiments of the present invention and are therefore not to be considered limiting of its scope, as the present invention may admit other equally effective embodiments.
1(a) is a view showing a conventional single crystal silicon ion emitter or (typically) a non-metallic ion emitter.
1(b) and 1(c) are views of conventional parts and assemblies of single crystal silicon radiators with metal sleeves and grooves.
2 is a diagram showing a conventional DC room ionizing ceiling system with two single crystal silicon radiators.
3(a) is a diagram showing a silicon-containing radiator according to an embodiment of the present invention, wherein the radiator includes a radiator shaft having a preselected surface roughness (or treated surface portion).
3(b) is a diagram showing a radiator according to another embodiment of the present invention, wherein the radiator includes a radiator shaft portion having a partially conductive surface plating or a partially conductive surface coating (or other type of treated surface portion).
3(c) is a diagram illustrating a device for monitoring surface electrical resistance and/or volume electrical resistance of a radiator and a silicon-containing radiator according to an embodiment of the present invention.
4(a) and 4(b) show a silicon-containing radiator having two variants of a radial compression spring sleeve and a metal pin, in accordance with various embodiments of the invention.
5(a), 5(b) and 5(c) show three silicon-containing radiators having different configurations of tapered portions and tips, according to various embodiments of the invention.
6 is a diagram showing HF waveforms for performing “soft” plasma cleaning of a tip of a silicon-containing emitter during a “start-up” of a corona ionization period, in accordance with an embodiment of the invention.
7(a), 7(b) and 7(c) are diagrams illustrating example high frequency power voltage waveforms applied to a silicon-based radiator during a mode of operation, in accordance with various embodiments of the invention.
8(a) and 8(b) show examples of modulated high frequency voltage waveforms in accordance with various embodiments of the invention.
FIG. 9( a ) shows an ionization cell/chamber of an inline ionizer according to an embodiment of the invention in which a high frequency AC power silicon based emitter generates both polarity ions and an air/gas flow displaces a stream of ions from the emitter; FIG. am.
9(b) is a diagram illustrating a gas channel and an ionization cell according to an embodiment of the present invention.
9(c) is a simplified block diagram of an inline ionizer having a silicon based radiator, in accordance with an embodiment of the invention.
10(a), 10(b), 10(c) and 10(d) show details of a nozzle having a simplified structure of a high frequency AC ionizing bar and a silicon-based ion emitter, in accordance with an embodiment of the invention. am.

이하의 상세한 설명에서, 설명의 목적으로, 본 발명의 각종 실시형태의 완전한 이해를 제공하기 위해 여러 가지 특정 세부들이 개시된다. 당업자라면 본 발명의 이러한 각종 실시형태가 단지 설명하는 것이고 어떻게든 제한하는 의도가 없다는 것을 인식할 것이다. 당업자에게는 본 발명의 이익을 갖는 다른 실시형태를 쉽게 생각할 수 있을 것이다.In the following detailed description, for purposes of explanation, several specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the various embodiments of the present invention. Those skilled in the art will recognize that these various embodiments of the invention are illustrative only and are not intended to be limiting in any way. Those skilled in the art will readily conceive of other embodiments having the benefit of the present invention.

또한, 명확성을 위하여, 여기서 설명하는 실시형태의 평범한 특징들은 그 모두를 도시하거나 설명하지 않는다. 당업자라면 그러한 임의의 실제 구현의 개발에 있어서 특정의 설계 목적을 달성하기 위하여 많은 구현예 특유의 결정이 필요하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 이러한 설계 목적은 구현예마다 및 개발자마다 다를 것이다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적이지만, 그럼에도 불구하고 당업자에게는 본 발명의 이익을 얻기 위해 취하는 일상적인 기술이라는 것을 이해할 것이다. 여기에 개시되는 각종 실시형태는 본 발명의 범위 및 정신을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.Also, for clarity, not all of the common features of the embodiments described herein are shown or described. Those skilled in the art will readily appreciate that the development of any such practical implementation will require many implementation-specific decisions to achieve particular design goals. These design goals will vary from implementation to implementation and from developer to developer. Moreover, it will be appreciated that such development efforts, while complex and time consuming, are nonetheless routine techniques taken to obtain the benefit of the present invention by those skilled in the art. The various embodiments disclosed herein are not intended to limit the scope and spirit of the invention.

본 발명의 원리를 실행하는 예시적인 실시형태는 도면을 참조하면서 여기에서 설명된다. 그러나 본 발명은 구체적으로 설명되고 도시되는 실시형태로 제한되지 않는다. 당업자라면 많은 다른 실시형태가 발명의 기본적인 개념으로부터 벗어나지 않고 가능하다는 것을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 원리는 첨부된 특허 청구범위의 범위 내에 있는 임의의 작업에까지 연장된다.Exemplary embodiments implementing the principles of the present invention are described herein with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the specifically described and illustrated embodiments. Those skilled in the art will understand that many other embodiments are possible without departing from the basic concept of the invention. The principles of the present invention therefore extend to any work falling within the scope of the appended claims.

여기에서 사용되는 용어 "일"("a", "an")은 양의 제한을 표시하는 것이 아니고, 인용된 아이템이 적어도 한개 있음을 나타낸다.As used herein, the terms "a" and "an" do not indicate a limitation of quantity, but indicate that there is at least one item recited.

실험적으로, (1) 고주파수 AC 전압 파형을 수신하는 (2) 도전성 소켓 및 용량과 접촉하는 핀형 전극으로서 구성된 (3) 실리콘 함유 방사체를 결합한 인라인 이오나이저는 매우 적은 입자를 갖는 전기적으로 균형잡힌 이온 가스 스트림을 신뢰성 있게 생성한다는 것이 발명자들에 의해 밝혀졌다. 전술한 조합은 종래에 공지된 비금속성 실리콘 함유 방사체 또는 고주파수 AC 전압 파형에 의해 별도로 달성될 수 없었던 신뢰도 및 청결도 수준을 갖는 이온화를 생성한다. 직경이 10nm 이상인 누적 입자들은 청결도 테스트 중에 측정되었다. 입자 계수기(예를 들면, CNC 응축 입자 계수기)는 입자들을 크기 범위로 분리하지 않았다.Experimentally, inline ionizers combining (1) a silicon-containing emitter configured as a pin-type electrode in contact with a conductive socket and a capacitance (2) receiving a high-frequency AC voltage waveform (2) an electrically balanced ion gas with very few particles have been demonstrated. It has been found by the inventors to reliably create streams. The foregoing combination produces ionization with a level of reliability and cleanliness not otherwise achievable by conventionally known non-metallic silicon-containing emitters or high frequency AC voltage waveforms. Accumulated particles greater than 10 nm in diameter were measured during the cleanliness test. Particle counters (eg CNC condensation particle counters) did not separate the particles into size ranges.

예를 들면, DC 또는 펄스형 DC(+/- 20kV) 전원(미국 특허 제5,447,763호에 개시되어 있음)에 접속된 클린룸 이온화 시스템(예를 들면, NiLstat 이온화 시스템)(도 2에 도시된 시스템(200)과 유사함)의 2개의 단결정 실리콘 방사체는 공기의 입방 피트당 대략 60 입자(직경으로 10나노미터보다 큼)를 발생한다. 이와 대조적으로, 본 발명의 실시형태의 이오나이저는 전형적으로 공기의 입방 피트당 동일 직경의 나노 입자를 10개 미만으로 산출한다. 10나노미터보다 큰 공기의 입방 피트당 10개의 입자는 이 출원의 시점에서 종래의 가장 깨끗한 이오나이저보다 명목상으로 6배 더 깨끗하다.For example, a cleanroom ionization system (such as a NiLstat ionization system) connected to a DC or pulsed DC (+/- 20 kV) power supply (disclosed in U.S. Pat. No. 5,447,763) (the system shown in FIG. 2). (similar to 200) produces approximately 60 particles (greater than 10 nanometers in diameter) per cubic foot of air. In contrast, ionizers of embodiments of the present invention typically yield less than 10 nanoparticles of the same diameter per cubic foot of air. Ten particles per cubic foot of air larger than ten nanometers is nominally six times cleaner than the cleanest conventional ionizer at the time of this application.

대조적인 예로서, 금속성 방사체(텅스텐)를 종래의 시스템(예를 들면, 미국 특허 제5,447,763호의 시스템)으로 테스트하였고, 수용할 수 없는 클린룸 입자 방출량을 나타내었다. 미국 특허 출원 공개 제2003/0007307호(발명자: 리 등)에서 제안된 것과 유사한 고주파수 AC 고전압 파형과 함께 텅스텐 방사체를 사용하는 우리의 실험은 미국 특허 제5,447,763호에 개시된 종래의 시스템에 비하여 청결도에 있어서 거의 이익이 없었다. 텅스텐 방사체를 테스트하는 양측의 경우의 입자 농도 계수 결과는 공기의 입방 피트당 600 입자 이상(10나노미터보다 큼)이었다.As a contrasting example, a metallic emitter (tungsten) was tested with a conventional system (eg, the system of US Pat. No. 5,447,763) and exhibited unacceptable cleanroom particle emissions. Our experiments using a tungsten radiator with a high frequency AC high voltage waveform similar to that proposed in US Patent Application Publication No. 2003/0007307 (inventor: Lee et al.) showed a significant improvement in cleanliness compared to the conventional system disclosed in US Patent No. 5,447,763. There was little profit. The particle concentration count results for both cases of testing the tungsten emitter were greater than 600 particles per cubic foot of air (greater than 10 nanometers).

그러나 고순도(99.99% 플러스 순도) 단결정 실리콘 방사체(도 1(a), 1(b) 및 1(c)에 도시된 방사체와 같음)는 높은 전기 저항(메가 오옴 범위)을 갖는다. 이 방사체가 고주파수(HF) AC 전압원에 접속되면, 가끔 이온 생성이 효과적인 전하 중화에 충분하지 않다. 그 주요 이유는 대부분의 HF(고주파수) 전류/전압이 표유 커패시터로 가지만 방사체 첨단부로 가지 않기 때문이다.However, high purity (99.99% plus purity) single crystal silicon radiators (such as the radiators shown in Figs. 1(a), 1(b) and 1(c)) have high electrical resistance (megaohm range). When this emitter is connected to a high frequency (HF) AC voltage source, sometimes ion production is not sufficient for effective charge neutralization. The main reason for this is that most of the HF (high frequency) current/voltage goes to the stray capacitor and not to the emitter tip.

고순도(99.99% 플러스 순도) 단결정 실리콘 방사체와 관련된 다른 하나의 문제점은 방사체가 표면 산화물 "스킨"을 생성하는 경향이 있다는 점이다(산화물층 또는 스킨은 도 1(c)에 실리콘 방사체(101c)의 표면을 둘러싸는 점선(102c)으로 도시되어 있다). 이 스킨/층(102c)은 절연성이 높은 실리콘 산화물(SiO2)로 구성된다. 깨끗한 실리콘 웨이퍼의 표면에서의 실리콘 산화물 성장은 예를 들면 2003년 8월 28일자로 스탠포드 대학 나노제조 설비에서 "자연 산화물의 성장"(Growth of native oxide)의 명칭으로 캘리포니아주의 스탠포드 대학에 의한 간행물에 설명되어 있다.One other problem associated with high purity (99.99% plus purity) single crystal silicon emitters is that the emitters tend to develop a surface oxide “skin” (the oxide layer or skin is the surface of the silicon emitter 101c in FIG. 1(c)). It is shown as a dotted line 102c encircling the surface). This skin/layer 102c is composed of highly insulating silicon oxide (SiO 2 ). Silicon oxide growth on the surface of pristine silicon wafers is described in a publication, for example, by Stanford University, California under the name "Growth of native oxide" at the Stanford University Nanofabrication Facility dated August 28, 2003. explained.

실리콘 산화물층 성장 현상의 종국적인 결과는 비금속성 실리콘 방사체/핀이 상기 절연층에 의해 둘러싸여서 전기 소켓과 양호한 신뢰성 있는 접속을 갖지 않고, 그에 따라서 HF 전원 장치의 고전압 출력에 접속되지 않는다는 점이다.The net result of the silicon oxide layer growth phenomenon is that the non-metallic silicon emitter/pin surrounded by the insulating layer does not have a good reliable connection with the electrical socket and thus is not connected to the high voltage output of the HF power supply.

다른 하나의 비금속성 이온 방사체는 커티스 등의 미국 특허 출원 공개 제2006/0071599호에 설명되어 있다. 이 방사체는 고순도 99.99% 실리콘 카바이드로 제조된다. 이 물질은 약 30%의 탄소를 함유한 합성물이다. 실리콘 카바이드는 높은 경도를 갖는 것으로 업계에 알려져 있다. 실리콘 카바이드는 또한 핀형 방사체 구성으로서 생산하기 위한 가공에 비용이 많이 든다. 또한, 실리콘 카바이드는 금속성 형태의 높은 전기 전도성을 갖는다. 높은 탄소 성분을 갖는 합성물로부터의 전도성 입자는 가끔 반도체 산업에서 바람직하지 않다.Another non-metallic ion emitter is described in US Patent Application Publication No. 2006/0071599 to Curtis et al. This emitter is made of high purity 99.99% silicon carbide. This material is a composite containing about 30% carbon. Silicon carbide is known in the art to have high hardness. Silicon carbide is also expensive to process to produce as a finned emitter configuration. Silicon carbide also has high electrical conductivity in its metallic form. Conductive particles from composites with a high carbon content are often undesirable in the semiconductor industry.

반도체 산업에서 실리콘 물질의 넓은 수용성은 이온 방사체 물질의 비교적 낮은 비용을 의미한다. 더욱이, 실리콘 기반 물질의 기계적 특성은 가공(커팅, 폴리싱 등)을 단순화하였다. 실리콘 도펀트 및 첨가제의 작은 농도는 표면 및 체적 전기 저항을 제어할 뿐만 아니라 실리콘 기반 방사체의 기계적 특성을 개선하는 데에 주로 목표를 두었다. 이들은 바람직하게 붕소, 비소, 탄소, 인 등과 같은 공지의 비금속성 도펀트 그룹으로부터 취해질 수 있다.The wide acceptance of silicon materials in the semiconductor industry means the relatively low cost of ion emitter materials. Moreover, the mechanical properties of silicon-based materials have simplified processing (cutting, polishing, etc.). Small concentrations of silicon dopants and additives are primarily aimed at improving the mechanical properties of silicon-based emitters as well as controlling surface and volume electrical resistance. These may preferably be taken from a group of known non-metallic dopants such as boron, arsenic, carbon, phosphorus and the like.

70%~99.99%의 중량비인 실리콘 성분을 갖는 실리콘 기반 조성물은 본 발명의 실시형태에서 방사체의 킬로오옴 범위의 전기 저항 달성을 가능하게 하였다. 이 저항은 고주파수 전류를 전도하고 안정된 코로나 방전을 지원하기에 충분할 정도로 낮다. 그래서, 하기와 같은 2개의 소정 요소들이 일관되게 상호작용하여 관측되는 청결도 개선을 생성한다: 실리콘 기반 방사체의 조성 및 설계, 및 고주파수 AC 방사체 구동 전력/전압 파형.A silicone-based composition having a silicone component in a weight ratio of 70% to 99.99% made it possible to achieve an electrical resistance in the kilohm range of the emitter in an embodiment of the present invention. This resistance is low enough to conduct high-frequency currents and support steady corona discharge. Thus, two predetermined factors coherently interact to produce the observed cleanliness improvement: the composition and design of the silicon-based radiator, and the high frequency AC radiator drive power/voltage waveform.

실리콘 기반 방사체와 HF 전압 파형의 조합의 장점들 중의 하나는 코로나 방전의 개시 전압이 비금속성 방사체의 DC, 펄스형 DC 또는 저주파수(50Hz~60Hz) 전압의 경우보다 훨씬 더 낮다는 것이다(약 1000V~3000V 이상).One of the advantages of the combination of silicon-based emitters and HF voltage waveforms is that the onset voltage of the corona discharge is much lower (about 1000V~ 3000V or more).

이 효과의 가능한 설명은 높은 주파수 범위(약 1kHz 내지 100kHz 이상)에서 방사체에 인가되는 전압은 밀리초 범위로 또는 마이크로초 범위로 극성을 변경한다는 것이다. 이것은 코로나 전하 캐리어(양이온과 음이온, 전자)가 방사체 첨단부로부터 멀리 이동할 충분한 시간을 갖지 못하는 이유이다. 또한, 실리콘 기반 물질의 특정의 표면 전하 보존(가끔 "전하 메모리"라고 부른다) 특성은 전극 표면 전자 방출에서 역할을 할 수 있다. 이것은 양 및 음의 고주파수 코로나 개시 전압이 낮은 이유이다. HF 코로나 방전의 더 낮은 전압에 의해, 실리콘 기반 방사체로부터의 입자 방출도 또한 낮다.A possible explanation for this effect is that in the high frequency range (about 1 kHz to over 100 kHz) the voltage applied to the emitter changes polarity in the millisecond range or in the microsecond range. This is why the corona charge carriers (positive and negative ions, electrons) do not have enough time to travel away from the emitter tip. Additionally, the specific surface charge retention (sometimes called "charge memory") property of silicon-based materials may play a role in electrode surface electron emission. This is the reason for the low positive and negative high frequency corona initiation voltages. Due to the lower voltage of the HF corona discharge, particle emission from silicon-based emitters is also low.

비금속성 실리콘 기반 방사체와 고주파수AC 전압 파형 간의 상호작용에 기인하는 평형화 이오나이저의 코로나 방전에 있어서의 입자 방출 개선을 위한 과학적 기초가 현재 연구중이다. 코로나 방전 및/또는 이온화 및/또는 비금속성 방사체로부터의 입자 방출의 인지된 이론들은 관측되는 실험적 청결도를 예측하거나 완전하게 설명하지 못한다.The scientific basis for improved particle emission in the corona discharge of equilibrating ionizers due to the interaction between the non-metallic silicon-based emitter and the high-frequency AC voltage waveform is currently being studied. Recognized theories of corona discharge and/or ionization and/or particle emission from non-metallic emitters do not predict or completely explain the observed experimental cleanliness.

그러나 본 발명을 구성하고 이용하는 법은 명확하게 이해된다. 하기의 설명은 정전하 제어 분야의 당업자에게 본 발명을 구성하고 이용하는 법을 설명하는 것과 관련된다.However, it is clearly understood how to make and use the present invention. The following description is intended to explain to those skilled in the art of static charge control how to make and use the present invention.

실험적인 작업은 일부 경우에 새로운 방사체 또는 장시간 사용되지 않은 방사체를 갖는 이오나이저는 HF 코로나 방전을 시작하거나 이온 발생을 신뢰성 있게 생성하는데 있어서 문제점을 보인다는 것을 나타내는 HF 전압 파형과 실리콘 기반 방사체 조성의 조합을 포함하는 본 발명의 실시형태와 관련된다. 측정 결과는 실리콘 방사체와 전기 소켓 사이에 높은 접촉 저항을 나타낸다. 이 높은 저항은 이온화 장치의 코로나 시작 문제점의 이유들 중의 하나이다. 개방 공기 중에서 실리콘 웨이퍼상의 비교적 두꺼운(10~100 이상의 옹스트롱으로) 산화물 "스킨"의 형성 공정은 전술한 스탠포드 대학 나노제조 설비의 "자연 산화물의 성장"에 설명되어 있다. 예를 들면, 6일 동안 SiO2 표면층은 12Å의 두께에 도달할 수 있다. 실리콘 산화물은 양호한 절연체로 알려져 있다. 그래서 이 스킨 성장은 실리콘 기반 방사체의 더 높은 표면 및 접촉 저항을 야기한다. 산화물층 성장 속도는 가변적이고 산소 및 오존 농도(웹 링크 http://iopscience.iop.org/0953-8984/21/18/183001/pdf/cm9_18_183001.pdf에서의 "오존에 의한 실리콘 산화" 참조), 온도, 습도 등과 같은 많은 주변 대기 요소들에 종속된다. 오존은 코로나 방전의 부산물 중의 하나이고 실리콘 방사체의 산화를 가속화할 수 있다. 이 현상은 실리콘 기반 비금속성 방사체를 구비한 HF 이오나이저의 비교적 저전력 전압에 대하여 충분한 효과를 갖는다. 본 발명의 예시적인 실시형태는 방사체와 금속성 소켓 간의 접촉 저항을 낮추기 위해 실리콘 기반 방사체의 표면 처리를 포함한다.Experimental work has shown that in some cases ionizers with new emitters or emitters that have not been used for a long time show problems in initiating HF corona discharges or reliably producing ion generation in combination with HF voltage waveforms and silicon-based emitter compositions. It relates to embodiments of the present invention that include. The measurement results indicate a high contact resistance between the silicon emitter and the electrical socket. This high resistance is one of the reasons for corona initiation problems in ionizers. The process of forming a relatively thick (10-100 or more angstroms) oxide "skin" on a silicon wafer in open air is described in "Natural Oxide Growth" of the Stanford University Nanofabrication Facility, described above. For example, in 6 days the SiO 2 surface layer can reach a thickness of 12 Å. Silicon oxide is known to be a good insulator. So this skin growth results in higher surface and contact resistance of silicon-based emitters. Oxide layer growth rates are variable and oxygen and ozone concentrations (see "Oxidation of Silicon by Ozone" at web link http://iopscience.iop.org/0953-8984/21/18/183001/pdf/cm9_18_183001.pdf) , depends on many ambient atmospheric factors such as temperature, humidity, etc. Ozone is one of the by-products of corona discharge and can accelerate the oxidation of silicon emitters. This phenomenon has a sufficient effect for the relatively low power voltage of HF ionizers with silicon-based non-metallic emitters. An exemplary embodiment of the present invention includes surface treatment of a silicon-based radiator to lower contact resistance between the radiator and the metallic socket.

도 1(a)는 종래의 실리콘 방사체(100a)를 보인 것이다. 방사체(100a)는 4개의 별도의 부품, 즉 첨단부(101a), 테이퍼부(102a), 샤프트(103a) 및 꼬리부(104a)를 포함한다. 첨단부(101a)의 형상 및 크기는 HVPS(고전압 전원 장치)로부터의 이용 가능한 고전압 및 전류량, 방사체의 물질, 및 생산 기술 및 방법에 의존한다. 방사체 첨단부(101a)는 일반적으로 임의의 이온 방사체의 가장 중요한 부분이다. 방사체 첨단부(101a)는 코로나 방전에 직접 노출되고 방사체의 수명을 결정한다. 실리콘 방사체는 일반적으로 원통형 샤프트(103a)를 갖는다. 샤프트(103a)는 주로 방사체의 길이, 및 고전압 전원 장치에 접속된 소켓 또는 리셉터클과 테이퍼부 간의 거리를 규정한다. 테이퍼부 또는 콘(102a)은 첨단부(101a)와 샤프트(103a) 간의 과도 부품이다. 실리콘은 성질상 취성 물질(brittle material)이고 테이퍼 각도는 방사체의 기계적 강도 및 전기적 특성의 절충물(compromise)이다. 꼬리부(104a)는 둥글거나 경사지거나 쇠시리될 수 있다. 이 부품은 방사체(100a)를 소켓 또는 리셉터클에 삽입하는 것을 쉽게 해야 한다. 표준 고순도 실리콘 방사체는 화학적 폴리싱(이것인 일반적으로 강산 처리에 의해 달성됨)의 결과로서 매끄러운 표면을 갖는다.1(a) shows a conventional silicon radiator 100a. The radiator 100a includes four separate parts, namely, a tip portion 101a, a tapered portion 102a, a shaft 103a, and a tail portion 104a. The shape and size of the tip 101a depends on the available high voltage and current from HVPS (high voltage power supply), the material of the emitter, and the production technology and method. The emitter tip 101a is generally the most important part of any ion emitter. The radiator tip 101a is directly exposed to the corona discharge and determines the lifespan of the radiator. The silicon radiator has a generally cylindrical shaft 103a. The shaft 103a mainly defines the length of the radiator and the distance between the taper and the socket or receptacle connected to the high voltage power supply. The tapered portion or cone 102a is a transitional component between the tip portion 101a and the shaft 103a. Silicon is a brittle material in nature and the taper angle compromises the mechanical strength and electrical properties of the emitter. The tail portion 104a may be rounded, beveled, or torso. This part should make it easy to insert the radiator 100a into the socket or receptacle. Standard high purity silicon emitters have a smooth surface as a result of chemical polishing (which is usually achieved by a strong acid treatment).

도 1(b)는 금속성 슬리브를 갖는 실리콘 방사체를 보인 것이다. 실리콘 방사체(100a)는 비금속성 실리콘 부분(101b)과 딤플(dimple, 움푹 들어간 곳)(105b)이 있는 스테인레스 강 튜브(102b)(또는 슬리브(102b))를 포함한다. 슬리브(102b)는 기계적(취급상의) 손상으로부터 취성 실리콘 방사체(101a)를 보호해야 한다. 슬리브(102b)는 또한 비금속성 고순도 실리콘 방사체 및 금속성 소켓 또는 리셉터클의 전기 접속을 개선해야 한다. 참조 번호 103b와 104b는 실리콘 방사체(100a)와 금속성 슬리브(102b)가 조립된 상태를 보인 것이다. 참조 번호 106b는 조립된 방사체 샤프트(103a)의 단면도를 보인 것이다.1(b) shows a silicon radiator having a metallic sleeve. The silicon emitter 100a includes a stainless steel tube 102b (or sleeve 102b) with a non-metallic silicon portion 101b and a dimple 105b. The sleeve 102b must protect the brittle silicon radiator 101a from mechanical (handling) damage. The sleeve 102b should also improve the electrical connection of the non-metallic high purity silicon emitter and the metallic socket or receptacle. Reference numerals 103b and 104b show an assembled state of the silicon radiator 100a and the metallic sleeve 102b. Reference numeral 106b shows a cross-sectional view of the assembled radiator shaft 103a.

실리콘 샤프트(103b)의 대부분(또는 상당 부분)은 참조 번호 103b로 나타낸 것처럼 금속 슬리브(102b)에 삽입된다. 슬리브(102b)를 실리콘 샤프트(103a)에 고정하고 이들 사이에 신뢰성 있는 전기 접촉을 달성하기 위해, 슬리브(102b)에 적어도 하나의 돌기(105b)(딤플)을 만드는 것이 일반적이다. 3개의 구성품 모두의 치수(실리콘 방사체 샤프트의 직경, 슬리브의 내경 및 딤플의 깊이)의 공차를 고려할 때, 조립 동작은 매우 까다롭다(참조 번호 106b로 나타낸, 실리콘 샤프트와 딤플의 단면도 참조).Most (or a substantial portion) of the silicon shaft 103b is inserted into the metal sleeve 102b as indicated by reference numeral 103b. In order to secure the sleeve 102b to the silicon shaft 103a and to achieve reliable electrical contact therebetween, it is common to make at least one projection 105b (dimple) in the sleeve 102b. Considering the tolerances of the dimensions of all three components (diameter of the silicon emitter shaft, inner diameter of the sleeve and depth of the dimple), the assembly operation is very demanding (see cross-sectional view of the silicon shaft and dimple, indicated at 106b).

도 1(c)는 실리콘 방사체(100c)의 다른 설계를 보인 것이다. 방사체 부분(101c)은 점선으로 표시된 표면 산화물층("스킨")을 갖는 것으로 도시되어 있다. 방사체(100c)는 실리콘 부분(101c)과 딤플(104c)이 있는 슬리브(103c)를 포함한다. 슬리브(103c)는 홈(107c)이 있는 하나 이상의 단면/연장부(106c)를 가질 수 있다. 방사체 조립체는 참조 번호 105c로 나타내었다. 이 설계는 방사체를 노즐 내에 유지할 수 있게 하고 연장부(106c)를 다른 소켓 또는 리셉터클에 삽입하기 위해 연장부(106c)를 이용한다.1(c) shows another design of the silicon radiator 100c. Emitter portion 101c is shown as having a surface oxide layer ("skin") indicated by dotted lines. The radiator 100c includes a sleeve 103c having a silicon portion 101c and a dimple 104c. The sleeve 103c may have one or more cross sections/extensions 106c with grooves 107c. The radiator assembly is indicated by reference number 105c. This design makes it possible to retain the emitter within the nozzle and uses extension 106c to insert extension 106c into another socket or receptacle.

도 2는 미국 특허 제5,447,763호에서 사용된 것과 유사한 종래의 DC 룸 이온화 시스템(200)을 보인 것이다. 이오나이저는 단결정 실리콘 방사체를 지지하는 한 쌍의 로드, 즉 양(+)의 로드(201)와 음(-)의 로드(202)를 갖는다. 로드는 전용 양 및 음 고전압 전원(HVDC) 장치(103)(샤시 내에 위치함)에 접속된다. 방사체 로드의 단면도가 참조 번호 204로 도시되어 있다. 로드(202)의 단부는 HV DC 전원 장치(203)에 접속된 고전압 케이블(206)과 소켓형 커넥터(205)를 갖는다. 소켓(205)은 참조 번호 204로 표시된 실리콘형 방사체(207)를 수용한다. 로드(202)의 다른 부분은 방사체(207), 커넥터(205) 및 HV 케이블(206)을 파괴력으로부터 보호하는 보호체로서 소용된다. 로드 설계는 실리콘 방사체(201, 202)를 교환할 수 있게 한다.2 shows a conventional DC room ionization system 200 similar to that used in U.S. Patent No. 5,447,763. The ionizer has a pair of rods, namely, a positive (+) rod 201 and a negative (-) rod 202 supporting a single crystal silicon radiator. The load is connected to a dedicated positive and negative high voltage power supply (HVDC) device 103 (located within the chassis). A cross-sectional view of the emitter rod is shown at 204 . The end of the rod 202 has a high voltage cable 206 connected to an HV DC power supply 203 and a socket type connector 205. Socket 205 receives a silicon type radiator 207 indicated by reference numeral 204 . Another part of the rod 202 serves as a shield to protect the radiator 207, the connector 205 and the HV cable 206 from destructive force. The rod design makes the silicon radiators 201 and 202 interchangeable.

본 발명의 예시적인 실시형태의 적어도 일부 목표는 경제적인 실리콘 기반 전하 중화 시스템에 의해 낮은 입자 방출을 제안하는 것이다. 고주파수 코로나 방전과 함께 중량비로 70%~99.99% 실리콘을 갖는 실리콘 기반 방사체의 조성은 낮은 입자 방출의 목표를 달성 가능하게 한다. 이온화 시스템의 비금속성 실리콘 전극의 경우에, 다음의 주요 목표는 실리콘 기반 방사체와 HF 고전압 전원 장치 간에 신뢰성 있는 전기 접속을 제공하는 것이다.It is at least some goal of exemplary embodiments of the present invention to propose low particle emission by means of an economical silicon-based charge neutralization system. The composition of the silicon-based emitter with 70% to 99.99% silicon by weight along with high-frequency corona discharge makes it possible to achieve the goal of low particle emission. In the case of the non-metallic silicon electrode of the ionization system, the next major goal is to provide a reliable electrical connection between the silicon based emitter and the HF high voltage power supply.

도 3(a)는 방사체(300a)가 고전압 소켓(도시 생략됨)에 삽입될 수 있는 샤프트(301a)의 연마부 또는 샌드 캐스팅(sand casting) 처리부(310a)(즉, 처리된 표면부(310a))를 포함하는, 본 발명의 실시형태에 따른 실리콘 기반 방사체(300a)를 보인 것이다. 샤프트 표면(302a)의 이 부분(310a)은 대략 0.5미크론 내지 10미크론 범위의 거칠기(H)를 갖는다(303a 참조). 예를 들면 샌딩(sanding)에 의한 표면 처리 중에, 샤프트 표면(302a)에 미리 형성된 산화물 "스킨"은 파괴되어 소거되거나 다른 방식으로 제거될 것이다. 샌딩은 고전압 소켓(도시 생략됨)과 다중 스폿 접촉을 구성할 수 있는 방사체 샤프트 표면 윤곽을 생성한다. 선택적으로, 유사한 표면 처리가 방사체(300a)의 꼬리부(314a)의 둥근 단부(304a)에 적용될 수 있다. 방사체 첨단부(305a), 테이퍼부(306a) 및 샤프트(301a)의 311a 부분은 정규의 화학적으로 폴리싱된 표면을 갖는다.FIG. 3( a ) shows a polishing or sand casting treatment part 310a (ie, a treated surface part 310a) of a shaft 301a into which a radiator 300a can be inserted into a high voltage socket (not shown). )), showing a silicon-based radiator 300a according to an embodiment of the present invention. This portion 310a of the shaft surface 302a has a roughness H in the range of approximately 0.5 microns to 10 microns (see 303a). During surface treatment, for example by sanding, the oxide "skin" pre-formed on shaft surface 302a will be destroyed and erased or otherwise removed. Sanding creates an emitter shaft surface contour that can make multi-spot contact with a high voltage socket (not shown). Optionally, a similar surface treatment may be applied to the rounded end 304a of the tail 314a of the emitter 300a. The radiator tip 305a, the taper 306a and the 311a portion of the shaft 301a have regular chemically polished surfaces.

실리콘 기반 방사체의 다른 하나의 실시형태는 도 3(b)에 도시되어 있다. 본 발명의 이 실시형태에 따르면, 실리콘 기반 방사체(300b)는 금속성 도금 또는 금속성 코팅(302b)(또는 도전성 도금 또는 금속성 코팅(302b))을 갖는 방사체 샤프트(301b)의 부분(310b)(즉, 처리된 표면부(310b))을 포함하고, 이것은 샤프트(301b)의 부분(310b)이 양호한 표면 도체가 되게 하고 방사체(300b)의 접촉부(316)를 장기간의 산화로부터 보호한다. 상기 접촉부(316)는 방사체 샤프트(301b)의 꼬리부(314b)에 있을 수 있다.Another embodiment of a silicon-based emitter is shown in FIG. 3(b). According to this embodiment of the present invention, the silicon-based radiator 300b is a portion 310b of the radiator shaft 301b having a metallic plating or metallic coating 302b (or a conductive plating or metallic coating 302b) treated surface portion 310b), which makes portion 310b of shaft 301b a good surface conductor and protects contact portion 316 of radiator 300b from long-term oxidation. The contact portion 316 may be at the tail portion 314b of the radiator shaft 301b.

다른 공지된 실리콘 도금법(예를 들면, 진공 증착, 전해질 도금, 스프레이 등과 같은 도금법)을 사용할 수 있다. 금속과 같은 도금재는 예를 들면 니켈, 황동, 은, 금 및 다른 금속뿐만 아니라 반도체 산업에서 수용할 수 있는 합금을 포함할 수 있다.Other known silicon plating methods (for example, plating methods such as vacuum deposition, electrolytic plating, spray, etc.) can be used. The plating material, such as metal, may include, for example, nickel, brass, silver, gold, and other metals as well as alloys acceptable to the semiconductor industry.

도 3(c)는 본 발명의 실시형태에 따른 실리콘 함유 방사체, 및 실리콘 함유 방사체의 표면 전기 저항 및/또는 체적 전기 저항을 모니터링하는 장치를 보인 것이다. 이것은 도 3(c)에 도시된 것처럼 실리콘 기반 방사체(300c)의 전기 품질 제어 동작의 예를 나타낸다. 제어 및/또는 모니터링은 전기 저항 측정 또는 방사체(300c) 또는 방사체(300c)의 처리된 표면부(302c)의 전기 저항 및/또는 조성을 모니터링하는 것을 포함한다. 도전성 전극(303c, 304c)은 방사체 샤프트(301c)의 샌딩부(302c)(또는 처리된 표면부(302c)) 및 방사체(300c)의 꼬리부(314c)에 각각 부착되거나 접속된다. 표준 저항(R) 측정 장치(305)를 이용하여 전기 저항(R)을 측정하고 측정치를 기록할 수 있다. 이 방법으로 복합적인 표면 및 체적 저항과 방사체 조성이 모니터링될 수 있다. 실리콘 기반 방사체의 요구되는 정상 품질 및 조성(중량비로 70%~99.99% 실리콘을 갖는 것)은 킬로 오옴 범위의 복합 저항을 가져야 한다. 표면 처리 및 제어 동작 후에, 방사체(300c)는 실리콘 산화물 "스킨"의 새로운 층의 형성을 최소화하기 위해 표준 금속성 소켓(도시 생략됨)에 삽입될 수 있다.3(c) shows a silicon-containing radiator and a device for monitoring surface electrical resistance and/or volume electrical resistance of the silicon-containing radiator according to an embodiment of the present invention. This represents an example of an electrical quality control operation of the silicon-based radiator 300c as shown in FIG. 3(c). Control and/or monitoring includes electrical resistance measurement or monitoring the electrical resistance and/or composition of the emitter 300c or the treated surface portion 302c of the emitter 300c. The conductive electrodes 303c and 304c are attached to or connected to the sanded portion 302c (or the treated surface portion 302c) of the radiator shaft 301c and the tail portion 314c of the radiator 300c, respectively. A standard resistance (R) measuring device 305 may be used to measure the electrical resistance (R) and record the measurement. In this way, complex surface and volume resistivity and emitter composition can be monitored. The required normal quality and composition of a silicon-based emitter (having 70% to 99.99% silicon by weight) should have a composite resistance in the kilo ohm range. After surface treatment and control operations, the emitter 300c may be inserted into a standard metallic socket (not shown) to minimize the formation of a new layer of silicon oxide "skin".

여기에서 설명하는 예시적인 실시형태의 적어도 일부는 (1) 비금속성 실리콘 기반 방사체와 소켓 간의 신뢰성 있는 전기 접속을 생성하는 것, 및 (2) 방사체의 접촉부를 산화로부터 보호하는 것의 두가지 문제점을 해결할 수 있다.At least some of the exemplary embodiments described herein can address two problems: (1) creating a reliable electrical connection between a non-metallic silicon-based radiator and a socket, and (2) protecting the radiator's contacts from oxidation. there is.

도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 각종 실시형태에 따른, 방사상 압축 스프링 슬리브의 2개의 변체를 갖는 실리콘 함유 방사체 및 금속 핀을 보인 것이다. 실리콘 함유 방사체 및 금속 핀은 후술하는 것처럼 슬리브에 삽입된다. 본 발명의 실시형태에 따른 도 4(a)의 실리콘 기반 방사체(400a)에 대하여 먼저 설명한다. 이 예시적인 실시형태에 따르면, 방사체(400a)는 방사체부(401a)를 포함하고, 방사체부(401a)의 실리콘 부분은 감소된 길이/샤프트 직경비를 갖는다. 짧은 실리콘 기반 방사체부(401a)는 슬리브(402a)의 일측(430)으로부터 금속 방사상 압축 스프링 슬리브(402a)에 접속된다. 슬리브(402a)의 다른 측(431)은 고체 금속 연장 핀(403a)에 접속된다. 여기에서 설명하는 금속 핀(403a, 403b)은 스프링형 슬리브(402a, 402b)에 각각 삽입되는 금속 전극(403a, 403b)일 수 있다. 이 핀(403a)은 소켓 및 이온화 셀(기준 전극을 포함함) 설계에서 요구되는 적어도 하나(이상)의 홈 및 가변 길이 "L2"를 가질 수 있다. 예를 들면, 핀(403a)은 홈(435, 436)을 포함하지만, 다른 실시형태에서 핀(403a)은 하나의 홈만을 가질 수 있다. 핀(403a)은 예를 들면 고체 금속 핀 또는 튜브일 수 있다. 종래의 CNC 또는 자동 금속 절단기 또는 다른 금속 처리 방법을 이용하여 핀(403a)을 제조할 수 있다. 참조 번호 405a는 이 예시적인 실시형태에 따른 실리콘 방사체(400a)를 갖는 방사체 조립체(410a)를 보인 것이다. 방사상 압축 스프링 슬리브(402a)는 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 것처럼 딤플(105b)을 갖는 종래의 슬리브(102b)에 비하여 실리콘부(401a)에 의해 훨씬 더 큰 접촉 면적을 갖는다. 그 결과 더 신뢰성 있는 전기 접속이 얻어지고 취성 실리콘 방사체부(401a)에 인가되는 기계적 응력이 더 작다. 금속 슬리브를 갖는 실리콘 방사체의 설계는 슬리브의 가장자리로부터 인근 기준 전극으로의 "이차" 코로나 방전을 방지하기 위해 일부 필요조건을 갖는다. 고려해야 할 주요 파라미터는 참조 번호 406a로 나타낸 바와 같이 실리콘 방사체 샤프트(440)의 직경(D), 실리콘 방사체 샤프트(440)의 노출부(441)의 길이(L), 샤프트(440)의 테이퍼부(442)의 테이퍼의 각도(α) 및 슬리브(402a)의 두께(S)이다. 실리콘부(401a)의 방사체 첨단부(421a)(또는 실리콘부(401b)의 방사체 첨단부(421b))에서의 고농도 전기장에 대하여, 제1 S/D 비는 대략 0.03~0.06의 범위 내이어야 한다. 방사체 첨단부(421a)와 슬리브(402) 간의 거리에 관계된 다른 하나의 필요조건은 제2 L/S 비이고, 이 L/S 비는 (2~5)/tan{탄젠트}(0.5α)의 범위 내이어야 한다. 파라미터 α는 적어도 하나의 비금속성 방사체부(401a 또는 401b)의 샤프트(440)의 테이퍼부의 테이퍼의 각도이다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 새로운 실리콘 방사체 설계의 이러한 조건들은 몇 가지 기준/사양을 만족시킬 것이다. 즉, 신뢰성 있는 전기 접속, 양호한 기계적 강도 및 "이차" 코로나의 최소 가능성이 금속부로부터 입자 방출을 발생할 것이다.4(a) and 4(b) show a silicon containing emitter and metal fin with two variants of a radial compression spring sleeve, in accordance with various embodiments of the present invention. A silicon-containing emitter and metal fins are inserted into the sleeve as described below. The silicon-based radiator 400a of FIG. 4(a) according to an embodiment of the present invention will be described first. According to this exemplary embodiment, the radiator 400a includes a radiator portion 401a, and the silicon portion of the radiator portion 401a has a reduced length/shaft diameter ratio. A short silicon-based radiator portion 401a is connected to a metal radial compression spring sleeve 402a from one side 430 of the sleeve 402a. The other side 431 of the sleeve 402a is connected to a solid metal extension pin 403a. The metal pins 403a and 403b described herein may be metal electrodes 403a and 403b respectively inserted into the spring type sleeves 402a and 402b. This pin 403a may have at least one (or more) grooves and variable length "L2" required in socket and ionization cell (including reference electrode) designs. For example, pin 403a includes grooves 435 and 436, but in other embodiments pin 403a may have only one groove. Fin 403a may be, for example, a solid metal fin or tube. The pin 403a may be manufactured using a conventional CNC or automated metal cutter or other metal processing method. Reference numeral 405a shows an radiator assembly 410a having a silicon radiator 400a according to this exemplary embodiment. The radial compression spring sleeve 402a has a much larger contact area due to the silicon portion 401a compared to the conventional sleeve 102b having dimples 105b as shown in FIGS. 1(a) and 1(b). have As a result, a more reliable electrical connection is obtained and the mechanical stress applied to the brittle silicon radiator portion 401a is smaller. The design of a silicon emitter with a metal sleeve has some requirements to prevent "secondary" corona discharge from the edge of the sleeve to a nearby reference electrode. The main parameters to be considered are the diameter (D) of the silicon radiator shaft 440, the length (L) of the exposed portion 441 of the silicon radiator shaft 440, and the tapered portion ( 442) is the angle α of the taper and the thickness S of the sleeve 402a. For a high-concentration electric field at the radiator tip 421a of the silicon portion 401a (or the radiator tip 421b of the silicon portion 401b), the first S/D ratio should be within a range of approximately 0.03 to 0.06. . Another necessary condition related to the distance between the radiator tip 421a and the sleeve 402 is the second L/S ratio, which is (2 to 5)/tan {tangent} (0.5α). must be within range. The parameter α is the angle of the taper of the tapered portion of the shaft 440 of the at least one non-metallic radiator portion 401a or 401b. These conditions of the new silicon emitter design according to an embodiment of the present invention will satisfy several criteria/specifications. That is, reliable electrical connections, good mechanical strength, and a minimal probability of "secondary" corona will result in particle emission from the metal parts.

도 4(b)는 다른 구성의 금속 방사상 압축 스프링 슬리브(402b)를 포함하는 실리콘 기반 방사체(400b)의 다른 실시형태를 보인 것이다. 이 경우에, 방사체(400)는 직경이 D1인 실리콘 방사체부(401b)를 포함하고, 금속 슬리브(402b)의 일단부(461)는 직경 D3를 갖는다. 실리콘 방사체부(401b)는 방사체 첨단부(421b)를 갖는다. 부분 403b는 직경이 D4인 고체 금속 핀(403b)이고, 금속 슬리브(402b)의 다른 단부(462)는 직경 D2를 갖는다. 실리콘 방사체부(401b)와 금속 슬리브(402b)의 직경들 간의 차(D1 > D3)는 실리콘부(401b)와 금속 슬리브(402b) 사이에 신뢰성 있고 양호한 전기 접촉을 제공하기 위한 필요한 압축력을 제공한다. 유사하게, 직경들 간의 차(D2 < D4)는 금속 슬리브(402b)와 금속 핀(403b) 사이에 신뢰성 있고 양호한 전기 접촉을 제공한다. 참조 번호 404b와 406b는 실리콘 방사체(400b)의 조립된 모습을 보인 것이다. 참조 번호 405b는 이 예시적인 실시형태에 따른, 최소 접촉 압력 및 국소 응력으로 큰 접촉 면적을 가지는 실리콘 방사체(401b)와 슬리브부(402b)를 보이는 단면도이다. 조립 동작이 단순화된다. 양측의 예시적인 실시형태(방사체(400a, 400b))는 고가의 실리콘 기반 물질을 최소량으로 사용하고, 비금속성 방사체 샤프트와 금속 슬리브와의 큰 신뢰성 있는 접촉 면적, 및 표준 소켓 또는 리셉터클에 대한 양호한 치수 정합성을 갖는다.Figure 4(b) shows another embodiment of a silicon-based radiator 400b that includes a metallic radial compression spring sleeve 402b of a different configuration. In this case, the radiator 400 includes a silicon radiator portion 401b having a diameter D1, and one end 461 of the metal sleeve 402b has a diameter D3. The silicon radiator portion 401b has a radiator tip portion 421b. Portion 403b is a solid metal pin 403b with diameter D4 and the other end 462 of metal sleeve 402b has diameter D2. The difference between the diameters of the silicon radiator portion 401b and the metal sleeve 402b (D1 > D3) provides the necessary compressive force to provide reliable and good electrical contact between the silicon portion 401b and the metal sleeve 402b. . Similarly, the difference between the diameters (D2 < D4) provides reliable and good electrical contact between the metal sleeve 402b and the metal pin 403b. Reference numerals 404b and 406b show assembled silicon radiators 400b. Reference numeral 405b is a cross-sectional view showing the silicon radiator 401b and the sleeve portion 402b having a large contact area with minimal contact pressure and local stress, according to this exemplary embodiment. The assembly operation is simplified. Both exemplary embodiments (emitters 400a, 400b) use a minimal amount of expensive silicon-based material, have a large reliable contact area between the non-metallic emitter shaft and the metal sleeve, and good dimensions for a standard socket or receptacle. have consistency

일부 경우에, 실리콘 기반 방사체는 고주파수 코로나 방전을 시작하는데 있어서 문제점을 갖고, 정상적인 표준/체적 전기 저항 및 고전압 소켓에 대한 양호한 전기 접속을 가짐에도 불구하고 신뢰성 있게 이온 발생을 생성한다. 우리의 실험에 따르면, 이 문제점의 핵심은 방사체 첨단부(방사체의 "작업 호스")의 표면에서의 두꺼운 격리 산화물 "스킨"의 형성에 기인한다. 본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시형태는 이 문제점을 해결한다. 실리콘 함유 방사체의 첨단부의 형상은 격리 산화물 "스킨"의 형성률 및 두께에 일부 긍정적인 효과를 가질 수 있다.In some cases, silicon based radiators have problems initiating high frequency corona discharges and reliably produce ion generation despite having normal standard/volume electrical resistance and good electrical connections to high voltage sockets. According to our experiments, the crux of this problem is due to the formation of a thick insulating oxide "skin" on the surface of the emitter tip (the "working hose" of the emitter). One or more exemplary embodiments of the present invention address this problem. The shape of the tip of the silicon-containing emitter can have some positive effect on the formation rate and thickness of the isolating oxide “skin”.

도 5(a), 5(b) 및 5(c)는 본 발명의 각종 실시형태에 따른, 다른 구성의 테이퍼부 및 첨단부를 갖는 3개의 실리콘 함유 방사체를 보인 것이다. 도 5(a), 5(b) 및 5(c)에 도시된 각종 첨단부 구성 및 테이퍼부 구성은 운용하는 HF 코로나 개시 전압 및 이온화 전류 파라미터를 결정한다.5(a), 5(b) and 5(c) show three silicon-containing emitters having different configurations of tapered and pointed ends, in accordance with various embodiments of the present invention. The various tip and taper configurations shown in FIGS. 5(a), 5(b) and 5(c) determine the operating HF corona initiation voltage and ionization current parameters.

도 5(a)에는 평평한 절두형 첨단부를 갖는 실리콘 기반 방사체(501)가 도시되어 있다. 이 첨단부 설계는 고리형의 고주파수 코로나 방전을 생성하는 경향이 있다(평평한 첨단부(510)는 방사체(501)의 테이퍼부(511)와 만난다). 이 방사체(501)는 이온 전류 밀도 및 입자 방출을 줄일 수 있다. 그러나 개시 HF 코로나 전압이 더 높다는 특징이 있다. 테이퍼부(511)는 평평한 첨단부(510)와 관련하여 α의 각도를 갖는다.5(a) shows a silicon-based emitter 501 having a flat truncated tip. This tip design tends to produce an annular, high-frequency corona discharge (flat tip 510 meets tapered portion 511 of emitter 501). This emitter 501 can reduce ionic current density and particle emission. However, it is characterized by a higher starting HF corona voltage. The tapered portion 511 has an angle of α with respect to the flat tip portion 510 .

실리콘 기반 방사체(502)(도 5(b))는 대략 60미크론 내지 400미크론 범위의 반경(Z)을 갖는 작은 둥근 첨단부(514)를 갖고, 이것은 생산 비용이 더 싸고 코로나 전류 변동을 최소화한다. (방사체(502)의) 테이퍼부(516)는 작은 둥근 첨단부(514)로부터 연장한다.The silicon-based emitter 502 (FIG. 5(b)) has a small rounded tip 514 with a radius Z ranging from approximately 60 microns to 400 microns, which is cheaper to manufacture and minimizes corona current fluctuations. . A tapered portion 516 (of the radiator 502) extends from a small rounded tip 514.

예리한 실리콘 기반 방사체(503)(도 5(c))는 대략 40미크론 내지 50미크론 또는 그 미만 범위의 반경(Y)을 갖는 뾰족한 첨단부(520)를 갖는다. 이 방사체(503)는 최저의 코로나 개시 전압(Von)을 갖는다. 그러나 방사체(503)의 이온 전류 밀도는 최대이고, 튀기기, 부식 및 산화물 "스킨" 성장은 최고 비율을 갖는다. 이 실리콘 기반 방사체(503)는 바람직하게 질소 또는 아르곤과 같은 무산소 가스에서의 이온화에 사용된다. 방사체(503)의 테이퍼부/원뿔형부(521)는 바람직하게 뾰족한 첨단부(520)와 관련하여 대략 10도~20도 범위의 각(α)을 갖는다. 모든 실리콘 기반 방사체(501, 502, 503)는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 조성을 갖고, HF AC 전압에 의해 구동되는 인라인 이오나이저, 이온화 바 및 다른 전하 중화기에 설치된 때 낮은 입자 수를 제공할 수 있다. 예리함의 정도 및 첨단부의 곡률(즉, 첨단부의 구성)은 개시 전압, 이온 전류 및 이온 밸런스를 포함하는 이오나이저 동작 파라미터를 결정하거나 이러한 파라미터에 영향을 주지만, 본 발명의 범위에는 영향을 주지 않는다.A sharp silicon-based emitter 503 (FIG. 5(c)) has a pointed tip 520 having a radius Y ranging from approximately 40 microns to 50 microns or less. This emitter 503 has the lowest corona initiation voltage (V on ). However, the ionic current density of emitter 503 is the highest, and spatter, corrosion, and oxide "skin" growth have the highest rates. This silicon based emitter 503 is preferably used for ionization in oxygen free gases such as nitrogen or argon. The tapered/conical portion 521 of the emitter 503 preferably has an angle α with respect to the pointed tip 520 ranging from approximately 10 degrees to 20 degrees. All silicon-based emitters 501, 502, 503 have compositions according to exemplary embodiments of the present invention and will provide low particle count when installed in inline ionizers, ionization bars and other charge neutralizers powered by HF AC voltages. can The degree of sharpness and curvature of the tip (i.e., the configuration of the tip) determines or affects ionizer operating parameters including initiation voltage, ion current and ion balance, but does not affect the scope of the present invention.

본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시형태는 실리콘 방사체 첨단부에서의 산화물 "스킨" 성장을 다룬다. 실시형태는 산화물 스킨으로부터 실리콘 방사체 첨단부를 청소하고 방사체 윤곽과 무관하게 이오나이저 시동을 돕기 위해 특정 모드의 코로나 방전을 이용한다.One or more exemplary embodiments of the present invention address oxide "skin" growth at the tip of a silicon emitter. Embodiments use a specific mode of corona discharge to clean the silicon emitter tip from the oxide skin and assist in starting the ionizer independent of the emitter contour.

도 6은 본 발명의 실시형태에 따른, 코로나 이온화 주기의 "시동" 중에 실리콘 함유 방사체 첨단부의 "소프트" 플라즈마 청소를 수행하는 HF 파형을 보인 것이다.6 shows an HF waveform performing a “soft” plasma cleaning of a tip of a silicon-containing emitter during the “start-up” of a corona ionization cycle, in accordance with an embodiment of the present invention.

고전압 "HF 시동"형 파형(600)이 방사체에 인가된다. 이 고전압 구동 모드는 시동 기간(Ts 기간으로서 표시됨) 중에 방사체에 짧은 지속기간 쌍극 전압 버스트의 그룹(1부터 수백 쌍극 펄스(605)까지 번호가 부여됨)을 제공한다. 밀리초, 마이크로초 또는 그 미만의 범위인 전력 윤곽의 매우 짧은 지속기간 덕분에, 플라즈마와 연관된 HF 코로나는 매우 제한된 에너지를 갖는다. 이 방법은 방사체 첨단부의 온도 상승 및 방사체 첨단부의 표면 파괴(튀기기, 부식 및 입자 방출) 둘 다를 방지한다. 짧은 지속기간 HF 플라즈마 버스트는 실리콘 산화물 스킨으로부터 방사체 첨단부의 "소프트" 청소만을 수행한다. "시동" 시구간(Ts)의 지속기간, 버스트 펄스 진폭 및 펄스의 수는 변할 수 있고 실리콘 산화물 스킨의 두께, 가스 매질, 방사체 첨단부 설계 등에 의존한다. HF 버스트 펄스의 전압 진폭은 정상적인 (동작) 코로나 개시 양전압((+)Von) 및 음전압((-)Von)(각각 도 6에 2개의 수평 점선(610, 615)으로 도시되어 있음)보다 훨씬 더 높다(약 25% 내지 100% 또는 그 이상). 초기 "시동" 모드는 정상/동작상의 고주파수 코로나 방전 및 이온 생성을 시작하는데 도움이 된다. 정상/동작 모드 중에(시간 Top 중에). 고전압 진폭은 입자 방출을 최소화하기 위해 코로나 개시 전압 (+)Von 또는 (-)Von보다 10~20%만 더 높을 수 있다. 연속적인 동작 모드에서, HF 코로나 방전은 깨끗한 건조 가스 매질에서 실리콘 방사체를 산화로부터 보호할 수 있다. 그러므로 적어도 하나의 비금속성 방사체의 소프트 플라즈마 청소는 동작 기간 중의 전압/전력 파형과 다른 전압/전력 파형에 의해 코로나 이온화 기간의 시동 기간 중에 수행된다.A high voltage “HF start” type waveform 600 is applied to the emitter. This high voltage drive mode provides groups of short duration dipole voltage bursts (numbered from 1 to hundreds of dipole pulses 605) to the emitter during the start-up period (denoted as the Ts period). Due to the very short duration of the power contour, in the range of milliseconds, microseconds or less, the HF corona associated with the plasma has very limited energy. This method prevents both the temperature rise of the emitter tip and the surface destruction (splashing, corrosion and particle emission) of the emitter tip. The short duration HF plasma burst performs only "soft" cleaning of the emitter tip from the silicon oxide skin. The duration of the “start-up” time period Ts, burst pulse amplitude and number of pulses can vary and depends on the thickness of the silicon oxide skin, gas medium, emitter tip design, and the like. The voltage amplitude of the HF burst pulse is greater than the normal (operating) corona-initiating positive (+)Von and negative ((-)Von) voltages (shown in FIG. 6 by two horizontal dotted lines 610 and 615, respectively). much higher (about 25% to 100% or more). An initial “start-up” mode helps initiate normal/operating high-frequency corona discharges and ion generation. During normal/operating mode (during time Top). The high voltage amplitude can be only 10-20% higher than the corona initiation voltage (+)Von or (-)Von to minimize particle emission. In continuous mode of operation, HF corona discharge can protect the silicon emitter from oxidation in a clean dry gas medium. Therefore, soft plasma cleaning of the at least one non-metallic emitter is performed during the start-up period of the corona ionization period by a voltage/power waveform different from the voltage/power waveform during the operating period.

도 7(a), 7(b) 및 7(c)는 발명의 실시형태에 따른, 동작 모드 중에 실리콘 기반 방사체에 인가되는 고주파수 전력 전압 파형의 예를 보인 것이다. 상이한 동작 HF 전압 파형은 실리콘 기반 방사체의 쌍극 이온화를 효과적으로 생성한다. 고주파수 AC 전압의 기능은 최소 구동 전압으로 양극성 이온(양이온 및 음이온)을 생성하는 것이다. 이온들을 생성하기 위해, 피크 전압(양 및 음의 피크 전압)은 코로나 개시 전압을 초과한다. 도 7(a)에 도시된 것처럼, 고주파수 AC 전압 윤곽(700)은 연속적이지만, 그 윤곽은 또한 변조된 연속형, 불연속형 및 주기적일 수 있다.7(a), 7(b) and 7(c) show examples of high frequency power voltage waveforms applied to a silicon-based radiator during a mode of operation, in accordance with an embodiment of the invention. Different operating HF voltage waveforms effectively create dipole ionization of silicon-based emitters. The function of the high-frequency AC voltage is to generate positive ions (positive and negative ions) with a minimum driving voltage. To generate ions, the peak voltage (positive and negative peak voltage) exceeds the corona onset voltage. As shown in FIG. 7(a), the high frequency AC voltage contour 700 is continuous, but the contour can also be modulated continuous, discrete and periodic.

도 7(a)는 대략 1kHz 내지 최대 대략 100kHz의 주파수 범위를 갖는 연속적 사인파형 전력 전압(700)을 나타낸다. 전압(700)의 양전압 및 음전압 진폭은 양의 코로나 개시 전압 (+)Von(705)보다 더 높고 음의 코로나 개시 전압 (-)Von(710)보다 더 낮다. 이러한 유형의 전압 파형(700)은 여기에서 설명하는 실리콘 기반 방사체에 최대 전력을 제공하고 최대 이온 전류를 생성한다.Figure 7(a) shows a continuous sinusoidal power voltage 700 having a frequency range from approximately 1 kHz up to approximately 100 kHz. The positive and negative voltage amplitudes of the voltage 700 are higher than the positive corona onset voltage (+)Von 705 and lower than the negative corona onset voltage (-)Von 710 . This type of voltage waveform 700 provides maximum power and produces maximum ion current for the silicon-based emitter described herein.

도 7(b)는 "온" 기간(755)과 "오프" 기간(756)을 갖는 펄스열(752)의 그룹을 포함하는 전압 파형(750)을 보인 것이다. 파형(750)은 적어도 하나의 변조부를 포함하고, 각각의 변조부는 온 기간(755)과 오프 기간(756)을 갖는 펄스열(752)을 포함한다. 펄스열(752)의 온 기간(755) 중에, 파형(750)은 양의 코로나 개시 전압 역치(705)를 초과하고 특정 방사체의 음의 코로나 개시 전압 역치(710)를 초과하는 진폭(758)을 갖는다. 펄스열(752)의 오프 기간(756) 중에, 파형(750)은 코로나 개시 전압 역치(705, 710)를 초과하지 않는 진폭(760)을 갖는다. 도 7(b)의 예에서, 이 진폭(760)은 크기가 대략 0인 전압이다. 도 7(a), 7(b) 및 7(c)에 도시된 파형(700, 750, 780)의 추가적인 세부는 각각 피터 제프터(Peter Gefter) 등에게 공동으로 양도되고 공동 소유인 미국 특허 제8,009,405호에 또한 설명되어 있다. "오프" 기간(756)(이것은 작은 충격 계수(duty factor)일 수 있음) 중에는 코로나 방전(이온 생성) 및 입자 방출이 정지한다. 충격 계수는 필요한 이온 출력에 따라서 대략 100%로부터 아래로 대략 0.1% 또는 그 미만까지의 범위에서 가변적일 수 있다. 최소 충격 계수는 입자 방출률 및 방사체 부식률을 억제하는데 도움이 된다.FIG. 7( b ) shows a voltage waveform 750 comprising a group of pulse trains 752 having “on” periods 755 and “off” periods 756 . Waveform 750 includes at least one modulation section, each modulation section including a train of pulses 752 having on periods 755 and off periods 756. During the on-period 755 of the pulse train 752, the waveform 750 has an amplitude 758 that exceeds the positive corona initiation voltage threshold 705 and exceeds the negative corona initiation voltage threshold 710 of the particular emitter. . During the off period 756 of the pulse train 752, the waveform 750 has an amplitude 760 that does not exceed the corona onset voltage thresholds 705 and 710. In the example of FIG. 7( b ), this amplitude 760 is a voltage of approximately zero magnitude. Additional details of the waveforms 700, 750, and 780 shown in FIGS. 7(a), 7(b) and 7(c) are in commonly assigned and commonly owned U.S. Patent No. 8,009,405 to Peter Gefter et al., respectively. Also described in During the "off" period 756 (which may be a small duty factor) corona discharge (ion generation) and particle emission cease. The duty cycle can vary from about 100% down to about 0.1% or less depending on the ion power required. A minimum impact factor helps to control particle emission rates and emitter erosion rates.

도 7(c)는 충격 계수가 대략 100%에 가깝지만 실리콘 방사체에 인가되는 전압 진폭이 코로나 개시 전압보다 더 낮은 전압(코로나 개시 전압으로부터 대략 90% 내지 대략 50% 또는 그 미만의 범위로)으로 주기적으로 떨어지는 전압 파형(780)의 다른 변체를 보인 것이다. 이 파형의 장점은 입자 방출 및 고전압 스윙(전압/전기장 변동)을 최소화할 수 있다는 점이다.7(c) shows that the duty cycle is close to 100%, but the voltage amplitude applied to the silicon emitter is periodic at a voltage lower than the corona initiation voltage (ranging from about 90% to about 50% or less from the corona initiation voltage). Another variant of the voltage waveform 780 falling to . The advantage of this waveform is that it can minimize particle emission and high voltage swings (voltage/field fluctuations).

파형(780)은 적어도 하나의 변조부를 포함하고, 각각의 변조부는 온 기간(785)과 비동작 기간(786)을 갖는 펄스열(782)을 포함한다. 펄스열(782)의 온 기간(785) 중에, 파형(780)은 양의 코로나 개시 전압 역치((+)Vmax)(705)를 초과하고 특정 방사체의 음의 코로나 개시 전압 역치((-)Vmax)(710)를 초과하는 진폭(788)을 갖는다. 펄스열(782)의 비동작 기간(786) 중에, 파형(780)은 코로나 개시 전압 역치(705, 710)를 초과하지 않는 진폭(790)을 갖지만, 진폭(790)은 0볼트보다 더 크다.Waveform 780 includes at least one modulating section, each modulating section including a train of pulses 782 having on periods 785 and inactive periods 786. During the on-period 785 of the pulse train 782, the waveform 780 exceeds the positive corona initiation voltage threshold ((+)Vmax) 705 and the negative corona initiation voltage threshold ((-)Vmax) of the particular emitter. has an amplitude 788 exceeding (710). During the inactive period 786 of pulse train 782, waveform 780 has amplitude 790 that does not exceed corona onset voltage thresholds 705 and 710, but amplitude 790 is greater than zero volts.

도 8(a) 및 도 8(b)는 본 발명의 실시형태에 따른 변조된 고주파수 전압 파형의 예를 보인 것이다. 도 8(a)는 고주파수 전압과 저주파수 전압의 혼합(조합)의 결과로서 연속적인 피변조 파형(800)을 나타낸다. 저주파수 성분(또는 오프셋 전압)은 도 8(b)에 도시되어 있다. 이 전압 파형(850)은 고주파수 성분(도 7(a)에 도시된 파형(700)과 유사함)에 의해 이온들을 지배적으로 생성하고 저주파수 성분에 의해 방사체로부터 이온들을 이동시킨다.8(a) and 8(b) show examples of modulated high frequency voltage waveforms according to an embodiment of the present invention. 8(a) shows a continuous modulated waveform 800 as a result of mixing (combination) of a high frequency voltage and a low frequency voltage. The low frequency component (or offset voltage) is shown in Fig. 8(b). This voltage waveform 850 generates ions predominantly by the high frequency component (similar to waveform 700 shown in Fig. 7(a)) and moves ions away from the emitter by the low frequency component.

실리콘 기반 방사체를 구비한 인라인 이오나이저는 반도체 산업에서 가장 중요한 동작/처리(예를 들면, 공기중 미립자 청정도 분류 1과 같은 환경)에서 사용될 수 있다. 도 9(a), 9(b) 및 9(c)는 이온화 셀의 단순화한 도 및 인라인 이오나이저의 블록도를 보인 것이다. 인라인 이오나이저 설계에 의해, HF 주파수 전압의 인가는 대략 20kHz로부터 위로 대략 100kHz까지의 범위에서 연장되는 도 8(a)에 도시된 파형과 유사할 수 있다.In-line ionizers with silicon-based emitters can be used in the semiconductor industry's most critical operations/processes (eg, airborne particulate cleanliness class 1 environments). 9(a), 9(b) and 9(c) show a simplified diagram of an ionization cell and a block diagram of an inline ionizer. With the in-line ionizer design, the application of the HF frequency voltage can be similar to the waveform shown in Fig. 8(a) extending in the range from approximately 20 kHz up to approximately 100 kHz.

도 9(a)는 본 발명의 실시형태에 따른 인라인 이오나이저의 이온화 셀/챔버를 보인 것이다. 고주파수 AC 전력 실리콘 기반 방사체(902a)는 양쪽 극성의 이온들을 발생한다. 공기/가스 흐름(908a)은 방사체(902a)로부터 이온들의 스트림을 이동시킨다. 도 9(a)에 도시된 것처럼, 이온화 셀(900a)은 HF HV 발생기(901a)에 접속된다. 실리콘 기반 방사체(902a)는 소켓(903a)에 위치되고 HF 발생기(901a)에 접속된 커패시터(C1)를 통해 접속된다. 방사체(902a)는 소켓(903a)에 대한 신뢰성 있는 접속을 제공하기 위해 도 3(a) 및 도 3(b)와 관련하여 위에서 각각 설명한 바와 같이 샤프트의 샌딩부 또는 금속 도금부를 가질 수 있다.9(a) shows an ionization cell/chamber of an inline ionizer according to an embodiment of the present invention. A high frequency AC power silicon based emitter 902a generates ions of both polarities. Air/gas flow 908a displaces the stream of ions from emitter 902a. As shown in Fig. 9(a), an ionization cell 900a is connected to a HF HV generator 901a. A silicon-based radiator 902a is located in the socket 903a and connected through a capacitor C1 connected to the HF generator 901a. The radiator 902a may have a sanded or metal plated portion of the shaft as described above with respect to FIGS. 3(a) and 3(b), respectively, to provide a reliable connection to the socket 903a.

방사체(902a)는 전형적으로 공기/가스 채널(904a)의 중간부에 위치된다. 바람직하게, 기준 전극(905a)은 채널(904a)의 외측에 위치되고 채널(904a)의 출구(906a)에 가깝다. 기준 전극(905a)은 제어 시스템(907a)에 접속된다. 양이온(920)과 음이온(921)은 (방사체(901a)에 인가된) 고주파수 AC 전압의 피크 전압(양전압 또는 음전압)이 코로나 개시 전압을 초과할 때 방사체(902a)에 의해 발생된다. 외부 소스(도시 생략됨)로부터의 공기/가스 흐름(908a)은 발생된 이온 클라우드를 멀리 있는 목표물 전하 중화(도시 생략됨) 쪽으로 여전히 이동시킬 필요가 있다. 방사체(902a)의 첨단부(909a) 근처에서의 코로나 방전은 실리콘 방사체(902a)의 첨단부(909a) 근처에서 이온 및 전자들을 갖는 고농도 HF 플라즈마(910a)를 생성한다. 코로나 개시 전압은 양이온의 경우에 대략 (+)5~6kV이고, 음이온의 경우에 (-)4.5~5.5kV이다.Emitter 902a is typically positioned in the middle of air/gas channel 904a. Preferably, the reference electrode 905a is located outside of the channel 904a and close to the outlet 906a of the channel 904a. The reference electrode 905a is connected to the control system 907a. Positive ions 920 and negative ions 921 are generated by emitter 902a when the peak voltage (positive or negative voltage) of the high frequency AC voltage (applied to emitter 901a) exceeds the corona initiation voltage. An air/gas flow 908a from an external source (not shown) is still needed to move the generated ion cloud toward distant target charge neutralization (not shown). The corona discharge near the tip 909a of the emitter 902a creates a high-concentration HF plasma 910a with ions and electrons near the tip 909a of the silicon emitter 902a. The corona initiation voltage is approximately (+)5~6kV for positive ions and (-)4.5~5.5kV for negative ions.

플라즈마 내 입자들과 같은 발생/방출 코로나 부산물들은 이온 방사체 조성, 이온 방사체 설계 및 전력 전압 파형의 조합으로서 위에서 설명한 방법, 장치 및 수단에 의해 최소화된다.Generation/emission corona by-products, such as particles in the plasma, are minimized by the methods, apparatus, and instrumentalities described above as a combination of ion emitter composition, ion emitter design, and power voltage waveform.

도 9(b)는 본 발명의 실시형태에 따른, 블록(901b) 내의 이온화 셀 및 가스 채널의 다른 모습(900b)을 보인 것이다. 채널(902b)은 입구(933b)와 출구(934b)를 갖는다. 소켓(906b)을 구비한 실리콘 기반 방사체(905b)는 채널(902b)의 공동(960) 내에 위치된 교환 가능한 유닛으로서 제조될 수 있다. 방사체 소켓(906b)과 기준 전극(907b)은 고전압 HF 전원 장치(908b)에 접속된다. 이온화 가스 흐름(화살표(961)로 표시됨)은 이온 클라우드를 웨이퍼 등의 대전된 목표물(909b) 쪽으로 이동시키고, 이온 클라우드는 대전된 목표물(909b)의 이러한 전하들을 중화할 것이다.9(b) shows another view 900b of the ionization cell and gas channel in block 901b, in accordance with an embodiment of the present invention. Channel 902b has an inlet 933b and an outlet 934b. A silicon based emitter 905b with socket 906b may be fabricated as an interchangeable unit positioned within cavity 960 of channel 902b. The emitter socket 906b and the reference electrode 907b are connected to a high voltage HF power supply 908b. The ionizing gas flow (indicated by arrow 961) moves the ion cloud toward a charged target 909b, such as a wafer, and the ion cloud will neutralize these charges on the charged target 909b.

도 9(c)는 본 발명의 실시형태에 따른 실리콘 기반 방사체(904c)를 구비한 인라인 이오나이저(900c)의 단순화한 블록도를 보인 것이다. 양이온 및 음이온(901c)이 이온화 셀(902c) 내측에서 생성된다. 고전압 HV-HF 전원 장치(903c)는 이온(901c)을 발생하는 데 필요한 전압과 전류를 제공한다. 전원 장치(903c)는 고주파수 AC 전압을 커패시터(C1)를 통해 실리콘 기반 방사체(904c)로 전달한다. 실리콘 기반 방사체(904c)에서의 전압은 기준 전극(905c)과 관련된다.9(c) shows a simplified block diagram of an inline ionizer 900c with a silicon-based radiator 904c in accordance with an embodiment of the present invention. Cations and anions 901c are generated inside ionization cell 902c. A high voltage HV-HF power supply 903c provides the voltage and current required to generate ions 901c. Power supply 903c delivers a high frequency AC voltage through capacitor C1 to silicon-based radiator 904c. The voltage at the silicon-based emitter 904c is related to the reference electrode 905c.

압축 공기, 질소 또는 아르곤 소스가 공기 흐름 또는 가스 흐름(906c)을 생성하기 위해 입구를 통해 인라인 이오나이저(900c)에 접속된다. 공기 흐름 또는 가스 흐름(906c)은 양이온 및 음이온(901c)을 비말동반하고 이온(901c)들을 이오나이저 출구(934c)를 통하여 목표물(예를 들면, 도 9(b)에서의 목표물(909b)) 쪽으로 운반한다.A source of compressed air, nitrogen or argon is connected to the inline ionizer 900c through an inlet to create an air stream or gas stream 906c. Air stream or gas stream 906c entrains positive and negative ions 901c and directs the ions 901c through ionizer outlet 934c to a target (e.g., target 909b in FIG. 9(b)). transport towards

인라인 이오나이저(900c)는 마이크로프로세서(908c), 가스 압력 센서(909c), 코로나 방전 센서(910c) 및 운전 상태 표시기(911c)를 포함하는 제어 시스템(907c)을 구비한다. 인라인 이오나이저(900c)는 가끔 웨이퍼 로드/언로드 동작을 갖는 반도체 툴에서 작용한다. 그 이유는 인라인 이오나이저(900c)가 코로나 방전 및 가스 흐름 없는 비교적 긴 유휴("스탠드 오프") 기간을 가질 수 있기 때문이다. 그러한 시구간 동안에, 실리콘 방사체의 첨단부에서는 실리콘 산화물층이 성장할 수 있다. 도 3(a) 및 도 6에 도시된 예시적인 실시형태와 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 제어 시스템(907c)은 고전압 전원 장치(903c)를 "시동" 모드에서 시작함으로써 가스 이온화 처리를 개시한다. 코로나 방전 센서(905c)와 프로세서(908c)는 강하고 안정된 코로나 및 이온 생성이 달성될 때까지 계속하여 코로나 방전 상태를 모니터링한다. 그 후에, 제어 시스템(907c) 및 전원 장치(903c)는 정상 동작 모드로 전환된다.The inline ionizer 900c has a control system 907c that includes a microprocessor 908c, a gas pressure sensor 909c, a corona discharge sensor 910c and an operating status indicator 911c. The inline ionizer 900c often works in semiconductor tools having wafer load/unload operations. The reason is that the inline ionizer 900c can have a relatively long idle ("stand off") period without corona discharge and gas flow. During such a period of time, a silicon oxide layer may grow at the tip of the silicon emitter. As already described with respect to the exemplary embodiment shown in FIGS. 3( a ) and 6 , control system 907c initiates the gas ionization process by starting high voltage power supply 903c in “start-up” mode. Corona discharge sensor 905c and processor 908c continue to monitor the corona discharge status until strong and stable corona and ion production is achieved. After that, the control system 907c and power supply 903c are switched to normal operation mode.

도 10(a), 10(b), 10(c) 및 10(d)는 본 발명의 실시형태에 따른, 고주파수 AC 이온화 바(1000a)의 단순화한 구조, 및 실리콘 기반 이온 방사체를 갖는 노즐의 세부를 보인 것이다. 도 10(a)와 도 10(b)는 일 예로서 복수의 벌거벗긴(raw) 실리콘 기반 방사체(1001a~1008a)를 갖는 고주파수 AC 이온화 바(1000a)의 모습을 보인 것이다. 각각의 실리콘 방사체는 스테인레스 강 슬리브를 갖는다. 스테인레스 강 슬리브는 도 10(c)에서 슬리브(1020c)로서 도시되어 있고, 도 10(d)에서 슬리브(1020d)로서 도시되어 있다. 각각의 스테인레스 강 슬리브(1020a)는 노즐 내에 설치된다. 각각의 노즐은 소켓 및 선택적으로 1개 또는 2개의 공기/가스 제트 오리피스를 갖는다. 노즐의 단면도는 도 10(c)에서 노즐(1030c)로서 및 도 10(d)에서 노즐(1030d)로서 도시되어 있다.10(a), 10(b), 10(c) and 10(d) show a simplified structure of a high frequency AC ionizing bar 1000a and a nozzle having a silicon-based ion emitter, according to an embodiment of the present invention. it showed details. 10(a) and 10(b) show, as an example, a high frequency AC ionization bar 1000a having a plurality of raw silicon-based radiators 1001a-1008a. Each silicon emitter has a stainless steel sleeve. The stainless steel sleeve is shown as sleeve 1020c in FIG. 10(c) and as sleeve 1020d in FIG. 10(d). Each stainless steel sleeve 1020a is installed in a nozzle. Each nozzle has a socket and optionally one or two air/gas jet orifices. A cross-sectional view of the nozzle is shown as nozzle 1030c in FIG. 10(c) and as nozzle 1030d in FIG. 10(d).

소켓(1009c)은 이온화 바(1000a)의 엔클로저(1010a) 내측에 위치된 공통 고전압 버스 및 다기관(도시 생략됨)에 대한 오리피스에 접속된다. 노즐(1030d)의 단면도(1040)는 실리콘 방사체(1003d)(도 4(a) 및 도 4(b)와 관련하여 위에서 설명한 것처럼 슬리브와 홈을 구비함)와 오리피스(1004d)의 상대적 위치를 보여준다. 버스는 고전압 AC 전원 장치로부터의 HF 전력을 각 노즐 및 방사체에 분배한다. 마이크로프로세서 기반 제어 시스템을 구비한 HF-HV 전원 장치는 동일한 엔클로저(1010a) 내에 위치하는 것이 바람직하다. 실리콘 기반 이온 방사체는 대략 10kHz~26kHz의 기본 주파수를 갖는 대략 6kV~8kV 범위의 HF AC 전압을 수신한다(도 7(a)에 도시된 것과 유사함). 이 HF 고전압은 각각의 방사체(1001a~1008a)와 기준 전극(1011a) 사이에서 코로나 방전을 생성한다. 이 고주파수 AC 전압은 본질적으로 70%~99% 실리콘 범위의 방사체 조성이 사용될 때 깨끗한 쌍극 이온화를 생성하기에 충분하다. 전술한 바와 같이, 고주파수 자체는 이온 클라우드를 멀리 이동시킬 수 없다. HF 이온화 바(1000a)는 가끔 목표물로부터 비교적 단거리(예를 들면, 대략 50mm~300mm)로 플랫 패널 또는 반도체 툴 내에 설치된다. 이 경우에 대전된 목표물(도시 생략됨)의 전기장은 반대 극성의 이온들을 끌어당긴다. 그러나 더 먼 거리(예를 들면, 대략 400mm~1500mm)에서의 효율적인 전하 중화를 위하여, 이온 클라우드는 공기/가스 흐름 또는 전기장 또는 이들의 조합으로부터의 지원을 요구한다. 가끔 HF 이온화 바는 깨끗한 공기 층류를 제공하는 HEPA 필터와 함께 사용될 수 있다.Socket 1009c is connected to a common high voltage bus located inside enclosure 1010a of ionization bar 1000a and an orifice to a manifold (not shown). Cross section 1040 of nozzle 1030d shows the relative position of silicon emitter 1003d (with sleeve and groove as described above with respect to FIGS. 4(a) and 4(b)) and orifice 1004d. . The bus distributes HF power from the high voltage AC power supply to each nozzle and emitter. The HF-HV power supply with the microprocessor based control system is preferably located within the same enclosure 1010a. The silicon-based ion emitter receives an HF AC voltage ranging from approximately 6 kV to 8 kV with a fundamental frequency of approximately 10 kHz to 26 kHz (similar to that shown in Fig. 7(a)). This HF high voltage generates a corona discharge between each of the radiators 1001a to 1008a and the reference electrode 1011a. This high-frequency AC voltage is sufficient to produce clean dipole ionization when emitter compositions in the range of 70% to 99% silicon are used. As mentioned above, high frequencies by themselves cannot move the ion cloud very far. The HF ionizing bar 1000a is often installed in a flat panel or semiconductor tool at a relatively short distance from the target (e.g., approximately 50 mm to 300 mm). In this case, the electric field of a charged target (not shown) attracts ions of opposite polarity. However, for efficient charge neutralization at longer distances (eg, approximately 400 mm to 1500 mm), ion clouds require assistance from air/gas flows or electric fields or combinations thereof. Sometimes an HF ionization bar can be used with a HEPA filter to provide a laminar flow of clean air.

도 8(a)는 목표물까지의 이온 전달을 돕기 위해 (약 0.1Hz~200Hz의 주파수를 가진) 추가의 저주파수 필드를 생성하는 변조된 HF 파형(800)을 도시하고 있다. T2 기간 중에, 양전압 파(804)의 진폭(802) 및 음전압 파(808)의 진폭(806)은 거의 동일하고, 그래서 오프셋 전압은 0에 가깝고 이온 클라우드는 실리콘 방사체 부근에서 발진한다. 이와 대조적으로, T1과 같은 기간 중에, 전압 파형(800)은 양의 오프셋(810)을 갖고, (반발되는) 양극 이온 클라우드가 목표물로 이동한다(도 8(b) 참조). 유사하게, T3와 같은 기간 중에, 전압 파형(800)은 음의 오프셋(815)을 갖고, (반발되는) 음극 이온 클라우드가 목표물로 이동한다. 오프셋 전압의 진폭 및 주파수는 이온화 바(1000a)와 목표물 간의 거리에 의존한다.FIG. 8(a) shows a modulated HF waveform 800 that creates an additional low frequency field (with a frequency of about 0.1 Hz to 200 Hz) to aid ion transport to the target. During the T2 period, the amplitude 802 of the positive voltage wave 804 and the amplitude 806 of the negative voltage wave 808 are almost equal, so the offset voltage is close to zero and the ion cloud oscillates near the silicon emitter. In contrast, during a period such as T1, the voltage waveform 800 has a positive offset 810, and the (repelled) bipolar ion cloud moves toward the target (see FIG. 8(b)). Similarly, during a period such as T3, the voltage waveform 800 has a negative offset 815 and the (repelled) cathode ion cloud moves toward the target. The amplitude and frequency of the offset voltage depends on the distance between the ionization bar 1000a and the target.

실리콘 기반 방사체를 갖는 고주파수 이온화 바(1000a)는 낮은 방출을 생성하고, 깨끗한 공기/가스 이온화를 생성하고, 예를 들면 대략 400mm~1500mm의 거리에서 (플랫 패널과 같은) 고속으로 움직이는 큰 물체의 전하들을 중화할 수 있다.The high frequency ionization bar 1000a with a silicon based emitter produces low emission, clean air/gas ionization, eg charges of large objects moving at high speed (such as flat panels) over distances of approximately 400mm to 1500mm. can neutralize them.

본 발명의 다른 실시형태는 낮은 방출 전하 중화 방법을 제공하고, 여기에서 적어도 하나의 전술한 비금속성 방사체는 감소된 실리콘부 길이/샤프트 직경 비를 갖는다.Another embodiment of the present invention provides a low emission charge neutralization method, wherein at least one of the aforementioned non-metallic emitters has a reduced silicon section length/shaft diameter ratio.

본 발명의 다른 실시형태는 낮은 방출 전하 중화 방법을 제공하고, 여기에서 전술한 슬리브는 금속 방사상 압축 스프링 슬리브를 포함하며, 적어도 하나의 방사체, 금속 핀 및 슬리브의 직경들 간의 차는 적어도 하나의 방사체, 슬리브 및 금속 전극 간에 신뢰성 있는 전기 접속을 제공하는 압축력을 생성한다.Another embodiment of the present invention provides a low emission charge neutralization method, wherein the aforementioned sleeve comprises a metal radial compression spring sleeve, and the difference between the diameters of at least one radiator, a metal pin, and the sleeve is at least one radiator; It creates a compressive force that provides a reliable electrical connection between the sleeve and the metal electrode.

본 발명의 다른 실시형태는 낮은 방출 전하 중화 장치를 제공하고, 여기에서 적어도 하나의 전술한 비금속성 방사체는 감소된 길이/샤프트 직경 비를 갖는다.Another embodiment of the present invention provides a low emission charge neutralization device, wherein at least one of the aforementioned non-metallic emitters has a reduced length/shaft diameter ratio.

본 발명의 다른 실시형태는 낮은 방출 전하 중화 장치를 제공하고, 여기에서 전술한 슬리브는 금속 방사상 압축 스프링 슬리브를 포함하며, 적어도 하나의 방사체, 금속 핀 및 슬리브의 직경들 간의 차는 적어도 하나의 방사체, 슬리브 및 금속 전극 간에 신뢰성 있는 전기 접속을 제공하는 압축력을 생성한다.Another embodiment of the present invention provides a low emission charge neutralization device, wherein the aforementioned sleeve comprises a metal radial compression spring sleeve, and the difference between the diameters of at least one radiator, a metal pin, and the sleeve is at least one radiator; It creates a compressive force that provides a reliable electrical connection between the sleeve and the metal electrode.

본 발명의 다른 실시형태는 중량비로 적어도 70%~99.99% 실리콘 범위의 화학적 조성을 갖는 비금속성 이온 방사체, 방사체 지오메트리 및 표면 처리(준비), 및 고주파수 범위에서 동작하는 고전압 전원 장치와 방사체 간의 접속 배열의 조합에 의해 신뢰성 있고 낮은 입자 방출 전하 중화기를 생성하는 장치 및 방법을 제공한다. 이 조합으로, 방사체는 낮은 개시 전압 및 낮은 입자 방출에 특징이 있는 고주파수 코로나 방전을 신뢰성 있게 발생한다. 이 조합은 분류 1의 클린룸을 목표로 하는 많은 다른 유형의 클린룸 이오나이저/전하 중화기에 효과적이다. 실리콘 함유 방사체와 고주파수 AC 전압의 조합은 10나노미터 이상의 입자 수에 기초하여 종래의 이오나이저보다 더 깨끗한 이오나이저를 생성한다. 청결도에 있어서의 이러한 개선은 발명자들에 의해 실험적으로 결정되었다.Another embodiment of the present invention is a non-metallic ion emitter having a chemical composition in the range of at least 70% to 99.99% silicon by weight, emitter geometry and surface treatment (preparation), and connection arrangement between a high voltage power supply device operating in the high frequency range and the emitter. The combination provides an apparatus and method for producing a reliable and low particle emission charge neutralizer. With this combination, the emitter reliably generates a high-frequency corona discharge characterized by a low starting voltage and low particle emission. This combination is effective for many different types of cleanroom ionizers/charge neutralizers targeting Class 1 cleanrooms. The combination of a silicon-containing emitter and a high frequency AC voltage creates an ionizer that is cleaner than conventional ionizers based on particle counts greater than 10 nanometers. This improvement in cleanliness was experimentally determined by the inventors.

요약부에서 설명한 것을 비롯하여 본 발명의 예시적인 실시형태에 관한 상기 설명은 총망라적이라거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 특정 실시형태 및 예를 설명 목적으로 여기에서 설명하였지만, 당업자라면 알고 있는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 각종의 등가적인 수정이 가능하다.The foregoing description of exemplary embodiments of the invention, including what is set forth in the Summary section, is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. While specific embodiments and examples of the present invention have been described herein for explanatory purposes, various equivalent modifications are possible within the scope of the present invention, as will be appreciated by those skilled in the art.

이러한 수정은 전술한 상세한 설명에 비추어 본 발명에 대하여 이루어질 수 있다. 이하의 특허 청구범위에서 사용하는 용어들은 명세서 및 청구범위에서 개시된 특정 실시형태로 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 본 발명의 범위는 청구범위 해석에 관한 확립된 학설에 따라 해석되어지는 이하의 청구범위에 의해 전적으로 결정되어야 한다.Such modifications may be made to the present invention in light of the foregoing detailed description. Terms used in the claims below should not be construed as limiting the invention to the specific embodiments disclosed in the specification and claims. Rather, the scope of the present invention is to be determined entirely by the following claims, to be interpreted in accordance with established doctrines of claim interpretation.

Claims (20)

저방출 전하 중화(low emission charge neutralization)를 위한 방법에 있어서,
고주파수 교류(alternating current; AC) 전압을 생성하는 단계;
상기 고주파수 AC 전압을 적어도 하나의 비금속성 방출기(non-metallic emitter)에 전송하는 단계로서,
상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 70 중량퍼센트 이상 99.99 중량퍼센트 미만의 실리콘을 포함하고,
상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 파괴된 산화층(destroyed oxidation layer)을 갖는 적어도 하나의 처리된 표면부(treated surface section)를 포함하는 것인, 상기 고주파수 AC 전압을 적어도 하나의 비금속성 방출기에 전송하는 단계; 및
상기 고주파수 AC 전압에 응답하여 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기로부터 이온들을 생성하는 단계
를 포함하고,
실리콘 기반부(silicon based section) 및 금속 전극을 포함하는 방출기 샤프트가 스프링형 슬리브(spring type sleeve)에 삽입되는 것인, 저방출 전하 중화를 위한 방법.
A method for low emission charge neutralization, comprising:
generating a high frequency alternating current (AC) voltage;
sending the high frequency AC voltage to at least one non-metallic emitter;
said at least one non-metallic emitter comprises greater than 70 weight percent and less than 99.99 weight percent silicon;
transmitting the high frequency AC voltage to the at least one non-metallic emitter, wherein the at least one non-metallic emitter comprises at least one treated surface section having a destroyed oxidation layer. step; and
generating ions from the at least one non-metallic emitter in response to the high frequency AC voltage;
including,
A method for low emission charge neutralization wherein an emitter shaft comprising a silicon based section and a metal electrode is inserted into a spring type sleeve.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 적어도 하나의 처리된 표면부는, 연마(abrasive) 또는 샌딩 프로세싱(sanding processing)으로 인해 미리 선택된 거칠기(roughness)를 갖는 영역을 포함하는 것인, 방법.2. The method of claim 1, wherein the at least one treated surface portion of the at least one non-metallic emitter comprises an area having a preselected roughness due to an abrasive or sanding processing. method. 제1항에 있어서, 상기 처리된 표면부는 금속성 도금 또는 금속성 코팅을 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1 , wherein the treated surface portion comprises metallic plating or metallic coating. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 전기 저항 및 조성(composition)을 모니터링하기 위한 측정 디바이스를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.The method of claim 1 , further comprising providing a measurement device for monitoring the electrical resistance and composition of the at least one non-metallic emitter. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 팁 구성부(tip configuration) 및 테이퍼 구성부(taper configuration)를 포함하고, 상기 팁 구성부 및 상기 테이퍼 구성부 둘 다는 동작 HF(high frequency) 코로나 온셋 전압(corona onset voltage) 및 이온화 전류 파라미터들을 결정하는 것인, 방법.2. The method of claim 1, wherein the at least one non-metallic emitter comprises a tip configuration and a tapered configuration, both of which are operating high frequency (HF) determining corona onset voltage and ionization current parameters. 제1항에 있어서, 동작 기간 동안의 전압/전력 파형과는 상이한 전압/전력 파형에 의해 코로나 이온화 기간의 스타트업 기간(start up period) 동안 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 플라즈마 클리닝을 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.2. The method of claim 1, performing plasma cleaning of the at least one non-metallic emitter during a start up period of a corona ionization period by a voltage/power waveform different from a voltage/power waveform during an operating period. Further comprising a method. 제1항에 있어서, 상기 이온들을 생성하는 단계는, 동작 기간 동안 최소 온셋 HF 전압 및 전력으로 양이온들 및 음이온들을 생성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1 , wherein generating the ions comprises generating positive ions and negative ions with a minimum onset HF voltage and power during an operating period. 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 0.03 내지 0.06 범위 내의 제1 비율(S/D)을 포함하고,
여기서 S는 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기를 수용하는 슬리브의 두께이며,
D는 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 샤프트의 직경인 것인, 방법.
According to claim 1,
the at least one non-metallic emitter comprises a first ratio (S/D) in the range of 0.03 to 0.06;
where S is the thickness of a sleeve containing said at least one non-metallic emitter;
D is the diameter of the shaft of the at least one non-metallic emitter.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 (2 - 5)/[tan{tangent} (0.5α)] 범위 내의 제2 비율(L/S)을 포함하고,
여기서 L은 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 샤프트의 노출된 부분의 길이이고,
S는 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기를 수용하는 슬리브의 두께이며,
α는 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 샤프트의 테이퍼드 부분(tapered portion)의 테이퍼의 각도인 것인, 방법.
According to claim 1,
the at least one non-metallic emitter comprises a second ratio (L/S) in the range of (2 - 5)/[tan{tangent} (0.5α)];
where L is the length of the exposed portion of the shaft of the at least one non-metallic emitter;
S is the thickness of a sleeve containing said at least one non-metallic emitter;
wherein α is the angle of the taper of a tapered portion of the shaft of the at least one non-metallic emitter.
저방출 전하 중화를 위한 장치에 있어서,
70 중량퍼센트 이상 99.99 중량퍼센트 미만의 실리콘을 포함하는 적어도 하나의 비금속성 방출기를 포함하고,
상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 파괴된 실리콘 산화물층을 갖는 적어도 하나의 처리된 표면부를 포함하며,
상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 고주파수 AC 전압에 응답하여 이온들을 생성하고,
상기 적어도 하나의 비금속성 방출기 및 금속 전극이 스프링형 슬리브에 삽입되는 것인, 저방출 전하 중화를 위한 장치.
A device for neutralizing low-emission charges,
at least one non-metallic emitter comprising greater than 70 weight percent and less than 99.99 weight percent silicon;
said at least one non-metallic emitter comprising at least one treated surface portion having a destroyed silicon oxide layer;
the at least one non-metallic emitter generates ions in response to a high frequency AC voltage;
wherein said at least one non-metallic emitter and a metal electrode are inserted in a spring-type sleeve.
제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 처리된 표면부는 연마 프로세싱된 부분 또는 샌딩 프로세싱된 부분을 포함하는 것인, 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the at least one treated surface portion comprises an abrasive processed portion or a sanded processed portion. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 처리된 표면부는 금속성 도금 또는 금속성 코팅을 포함하는 것인, 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the at least one treated surface portion comprises a metallic plating or metallic coating. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기에 대한 상기 적어도 하나의 처리된 표면부의 전기 저항 및 조성이 모니터링되는 것인, 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the electrical resistance and composition of the at least one treated surface portion relative to the at least one non-metallic emitter is monitored. 삭제delete 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 팁 구성부 및 테이퍼 구성부를 포함하고, 상기 팁 구성부 및 상기 테이퍼 구성부 둘 다는 동작 HF 코로나 온셋 전압 및 이온화 전류 파라미터들을 결정하는 것인, 장치.12. The method of claim 11, wherein the at least one non-metallic emitter comprises a tip feature and a tapered feature, both the tip feature and the tapered feature determining operating HF corona onset voltage and ionization current parameters. Device. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 소프트 플라즈마 클리닝이 동작 기간 동안의 전압/전력 파형과는 상이한 전압/전력 파형에 의해 코로나 이온화 기간의 스타트업 기간 동안 수행되는 것인, 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the soft plasma cleaning of the at least one non-metallic emitter is performed during a startup period of a corona ionization period with a voltage/power waveform different from a voltage/power waveform during an operating period. 제11항에 있어서, 상기 이온들은 최소 HF 온셋 전압 및 전력으로 생성된 양이온들 및 음이온들을 포함하는 것인, 장치.12. The apparatus of claim 11, wherein the ions include positive ions and negative ions generated with a minimum HF onset voltage and power. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 0.03 내지 0.06 범위 내의 제1 비율(S/D)을 포함하고,
여기서 S는 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기를 수용하는 슬리브의 두께이며,
D는 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 샤프트의 직경인 것인, 장치.
12. The method of claim 11, wherein the at least one non-metallic emitter comprises a first ratio (S/D) in the range of 0.03 to 0.06,
where S is the thickness of a sleeve containing said at least one non-metallic emitter;
wherein D is the diameter of the shaft of the at least one non-metallic emitter.
제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기는 (2 - 5)/[tan{tangent} (0.5α)] 범위 내의 제2 비율(L/S)을 포함하고,
여기서 L은 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 샤프트의 노출된 부분의 길이이고,
S는 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기를 수용하는 슬리브의 두께이며,
α는 상기 적어도 하나의 비금속성 방출기의 샤프트의 테이퍼드 부분의 테이퍼의 각도인 것인, 장치.
12. The method of claim 11, wherein the at least one non-metallic emitter comprises a second ratio (L/S) within the range (2 - 5)/[tan{tangent} (0.5α)],
where L is the length of the exposed portion of the shaft of the at least one non-metallic emitter;
S is the thickness of a sleeve containing said at least one non-metallic emitter;
wherein α is the angle of taper of the tapered portion of the shaft of the at least one non-metallic emitter.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050083633A1 (en) * 2003-10-16 2005-04-21 Ulrich Riebel Aerosol charge altering device
US20060071599A1 (en) * 2004-10-01 2006-04-06 Curtis James R Emitter electrodes formed of or coated with a carbide material for gas ionizers
US20060200921A1 (en) * 2005-03-08 2006-09-14 Quanta Display Inc. Cleaning apparatus

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5447763A (en) 1990-08-17 1995-09-05 Ion Systems, Inc. Silicon ion emitter electrodes
JPH06140127A (en) * 1992-10-28 1994-05-20 Tokyo Tekko Co Ltd Ionizer discharge electrode
KR100489819B1 (en) 2001-07-03 2005-05-16 삼성전기주식회사 Apparatus for removing a static electricity by high frequency-high voltage
JP2007141691A (en) * 2005-11-19 2007-06-07 Keyence Corp Ionizing device
US8009405B2 (en) * 2007-03-17 2011-08-30 Ion Systems, Inc. Low maintenance AC gas flow driven static neutralizer and method
US20090316325A1 (en) * 2008-06-18 2009-12-24 Mks Instruments Silicon emitters for ionizers with high frequency waveforms
US8277812B2 (en) 2008-10-12 2012-10-02 Massachusetts Institute Of Technology Immunonanotherapeutics that provide IgG humoral response without T-cell antigen
EP2422219B1 (en) * 2009-04-24 2020-11-18 Illinois Tool Works Inc. Clean corona gas ionization for static charge neutralization
US8038775B2 (en) * 2009-04-24 2011-10-18 Peter Gefter Separating contaminants from gas ions in corona discharge ionizing bars
JP5373519B2 (en) * 2009-09-15 2013-12-18 株式会社日本セラテック Ionizer discharge needle contamination detection circuit and ionizer discharge needle contamination detection method
US8416552B2 (en) * 2009-10-23 2013-04-09 Illinois Tool Works Inc. Self-balancing ionized gas streams
WO2012176099A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. A cleaning device for cleaning the air-ionizing part of an

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050083633A1 (en) * 2003-10-16 2005-04-21 Ulrich Riebel Aerosol charge altering device
US20060071599A1 (en) * 2004-10-01 2006-04-06 Curtis James R Emitter electrodes formed of or coated with a carbide material for gas ionizers
US20060200921A1 (en) * 2005-03-08 2006-09-14 Quanta Display Inc. Cleaning apparatus

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