KR19990013889A - 기체 이온화기를 위한 게르마늄 에미터 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 적은 양의 입자를 발생시키는 기체 이온화기(gas ionizer)에 사용하는 에미터(emitter) 전극으로서의 게르마늄 봉침(needle)에 관한 것으로, 특히 정전 제거기(static eliminator)에 사용하는 에미터 전극으로서의 게르마늄 봉침에 관한 것이다. 게르마늄 봉침은 질소의 최소량의 혼입으로도 산화하고, 또한 부(negative) 극성 에미터는 정(positive) 극성 에미터보다 더 큰 속도로 산화한다. 부 극성 실리콘 에미터는 정 또는 부 게르마늄 전극보다 몇 차수(several order) 더 많은 입자를 방출시킨다. 평균 입자 크기는 약 0.015μm이다. 어떠한 입자도 이러한 봉침으로부터 떨어져 나가지 않았다. 게르마늄 전극이 건조 공기로 깨끗이 될 때 가장 적은 개수의 입자 발생은 달성된다.

Description

기체 이온화기를 위한 게르마늄 에미터 전극

정전 제거(static elimination)는 극초밀도 집적 회로, 자성 저항 기록 헤드 등과 같은 진보된 기술 제품들의 제조에 중요한 활동이다. 그러나, 정전 제거기(static eliminator)에서 코로나(corona)에 의한 미립자의 발생은, 입자나 불순물이 없는 환경을 조성하려는 동등하게 중요한 요구와 경합된다. 금속 불순물은 이러한 진보된 기술 제품에 치명적인 손상을 가져오기 때문에, 그러한 오염 물질을 가능한 가장 적은 레벨로 낮추는 것이 바람직하다.

금속 이온 에미터는 실내 공기에서 코로나 방전의 영향을 받게 될 때, 수 시간 내에 질이 변질되고 미세 입자를 발생하는 징조를 보여준다는 것은 잘 공지된 사실이다. 이 사실은 구리, 스테인레스 강철, 알루미늄, 및 티타늄 에미터의 봉침 말단부에 대해서 알려진 것이다. 부식은 방전 중이거나 활성 기체 성분 NO_x에 영향을 받는 영역에 존재한다. 에미터가 정(positive) 극성이거나 부(negative) 극성이거나 간에, NO₃이온은 모든 상기 물질 상에서 발견되어진다. 또한 오존과 관련된 부식은 상대 습도 및 농축 핵 밀도(condensation nuclei density)에 의존한다.

실리콘 및 실리콘 제 2산화물의 에미터 전극은 코로나 방전을 할 때 금속보다 상당히 더 적은 부식이 일어난다. 에미터 전극을 건조 공기로 깨끗하게 함으로써, NH₄NO₃은 공기 부유성(airborne) 오염 물질(contaminant)이나 에미터 상의 침전물로써 감소될 수 있다는 것이 또한 공지되어 있다.

표면 반응은 에미터의 역학적인 구조를 변화시키는 합성물의 형성으로 이끌고 간다. 동시에, 그러한 반응은 전극으로부터 입자가 발생되게 하거나 또는 기체 상태(gas phase)에서 입자의 형성에 기여해 준다.

실리콘은 열 산화(thermal oxidation), 프라즈마 산화, 이온 충격과 주입에 의한 산화(ion bombardment and implantation), 및 유사한 형태의 질화 작용(nitridation)을 받는 것으로 알려져 있다.

종래 기술에는 미국 특허 제5,447,763호, 제5,047,892호, 제5,057,966호, 제4,967,608호, 제3,789,278호, 제3,813,549호, 제4,110,614호, 제4,837,658호, 제5,539,205호, 제5,596,478호, 제5,116,583호, 및 일본 특허 제7-70348호에 개시되어 있다. 이러한 것 중 어느 것도, 이 분야에 많은 기술 논문 중 어느 것도 본 발명을 가르쳐 주거나 제안하고 있지는 않다.

실리콘과는 달리, 게르마늄은 대기압에서 열적으로 산화되지 않으며, 프라즈마 처리로 산화시키기에는 실리콘보다 더 어렵다. 질화 작용 또한 게르마늄에서 더 어렵다. 게르마늄을 산화시키는데 대한 어려움의 증가는 실리콘보다도 게르마늄의 경우에서 기준 포텐셜에서 더 크게 감소된, 및 어쩌면 실리콘과 게르마늄 산화막에서의 이온의 이동이 다른 율(different rate)을 갖는 것으로 인해 기인되어 왔다.

도 1은 전형적인 배율과 크기를 도시하고 있는 에미터 전극의 측면도.

도 2a는 단순화되고 개략적인 형태로 도시된 테스트 챔버(test chamber)의 전방 정면도(front elevation).

도 2b는 단순화되고 개략적인 형태로 도시된 테스트 챔버의 측면도.

도 3은 테스트 후 실리콘 전극 말단부(the tip)의 주사 전자 현미경 사진(scanning electron microscope photograph).

도 4는 테스트 후 게르마늄 전극 말단부의 주사 전자 현미경 사진.

도 5는 흐린 마무리(dull finish)와 빛나는 마무리(shiny finish) 사이의 추이를 도시하고 있는, 테스트 후 게르마늄 전극 측면의 주사 전자 현미경 사진.

도 6a는 점 대 평면(point-to-plane) 코로나 발생 장치의 개략도.

도 6b는 점 대 점(point-to-point) 코로나 발생 장치의 개략도.

도 6c는 전선 대 평면(wire-to-plane) 코로나 발생 장치의 개략도.

도 6d는 전선 대 원통(wire-to-cylinder) 코로나 발생 장치의 개략도.

도 6e는 점 대 룸(point-to-room) 코로나 발생 장치의 개략도.

도면 주요 부분에 대한 부호의 설명

8 : 원추형 부재 10 : 구리판

12 : 에미터 전극 13 : CNC, EC

18 : 전극의 말단부 24 : 유리판 분리기

도 1은 몇 가지 전형적인 배율과 크기를 보여주는 에미터 전극(12)의 측면도이다. 그 전극은 구 모양의 반경부(17)로 끝나는 말단부(18)를 가지고 있다. 후미 단부는 모서리를 깎은 면(19)을 가지고 있다. 전극의 정확한 크기, 모양 또는 배율로 본 발명을 제한하는 것은 아무 것도 없다. 그것은 단지 적절한 전극의 한 예이며, 유효한 실험에서 사용된 전형을 도시하는 것이다.

실험에서, 실리콘 에미터와 게르마늄 에미터는 정 및 부 극성 코로나에 노출되어 있었다. 에미터는 최고 750시간의 기간 동안 모의 실험된 건조한 공기 환경에 놓여져 있었다. 에미터 표본은 시각(광학/SEM) 조사(examination), 무게 분석(weighing), 및 X선 광전자 방출 분광법(XPS : x-ray photoemission spectroscopy) 표면 분석을 위해, 100, 250, 500 및 750 시간의 명목 노출 시간에서 이동하게 된다.

게르마늄 에미터는 99.999%를 초과하는 순도를 갖는, n형(안티몬으로 도우핑된), 다결정 게르마늄으로 만들어졌는데, 그 에미터는 에칭되지 않았고, 5-40 Ω-cm의 전기 저항률을 갖는다. 기체 이온화기에 있는 본 발명인 게르마늄 에미터의 중요한 특성은 전기적인 코로나를 유지할 수 있도록 하기 위하여 에미터들이 반도체(semi-conducting)이어야 한다는 것이다. 좀 더 정확하게, 그 에미터들은 약 0.0-100Ω-cm 사이의 전기 저항률을 가져야 한다. 이 정도의 저항률은 어떤 공지된 적절한 도전 불순물로 도우핑 함으로써 충족되어질 수가 있으며 안티몬에 제한되지 않는다. 더욱이, 선호되는 안티몬을 사용하면, n형 또는 p형도 될 수가 있다. 실리콘 에미터는 99.999%를 초과하는 순도를 갖는, p형(붕소를 도우핑한), 단결정 실리콘으로부터 가공되었다; 그 에미터들은 그라운드 에칭(ground etching) 및 브라이트 에칭(bright etching)되어, 40-100Ω-cm 의 전기 저항률을 가진다. 도 1은 명목적인 배율의 에미터를 도시하고 있다.

에미터 표본은 그것들의 유용성에 기초 할뿐만 아니라 산업에서 사용되는 상업화된 에미터 물질을 고려하여 선택된다. 좀더 구체적으로, 석영을 코팅한 텅스텐은 0.03μm보다 더 큰 방출 입자는 하나도 생성하지 못하는 것으로 발견되어 왔다. 실리콘을 말단부에 씌운 실리콘-카바이드 에미터는 실리콘 용해물로부터 성장시킨 말단부를 사용하는 것으로 알려져 있다. 금속 에미터 옆에 있는 그 말단부의 부식이 감소된 것으로 발견되었다. 종래 기술에서의 다양한 에미터 물질, 곧 순수 지르코니움 티타니움 금속, 전자 빔 물리적 침전 처리에 의해 형성된 실리콘 코팅, 및 균질한 실리콘 물질은 입자 생성에 있어 토리에이티드 텅스텐(thoriated tungsten) 기초 물질과 비교해 100배가 감소되어 발견된 것으로 주장되어 왔었다. 실리콘의 순도(99.99%를 초과하는)와 균질성이 결정 요소로 요구되어 왔다. 단결정 실리콘 에미터는 상업적으로 적용했을 때 0.025μm보다 더 큰 크기 범위에서 토리에이티드 텅스텐(thoriated tungsten) 말단부보다 100배 더 적은 수의 입자를 발생하는 것으로 보고되고 있다.

코로나 활동의 결과는 표면 방향(orientation)에 비교적 무관한 것으로 믿어진다.

도 2a 와 도 2b는 실험 테스트 챔버(test chamber) 기구의 개략도이다. 도 2a는 단순화되고 개략적인 형태로 도시된 테스트 챔버의 전방 정면도(front elevation)이고 도 2b는 단순화되고 개략적인 형태로 도시된 테스트 챔버의 측면도이다.

유리 챔버(1)는 높이가 0.96m 이고 내부 직경이 0.254m 인 유리 튜브이다. 산소는 탱크 2에서 공급하고 질소는 탱크 3에서 공급한다. 질소와 산소의 혼합물은 유량 계기(5)와 개별 라인 밸브(4)를 사용하여 조절되어진다. 혼합 기체의 유동율(flow rate)은 밸브 6으로 제어된다. 필터(7)는 미립자와 수증기가 없는 환경을 조성하기 위하여 사용되어진다. 실험을 하는 동안 산소와 질소 기체에 대한 통상 유동율은 각각 0.25 L/min 와 1.0 L/min 이었다. 기체들은 76mm 직경의 변환 원추형(transition cone) 부재(8)로부터 테스트 챔버(1)로 흩어져 간 후 그 챔버의 바닥에 위치한 개구부로 들어가 배출된다. 샘플링에서는 두 개의 측면 포트(23)를 통해 수행되어진다.

챔버의 총 길이와 직경에 걸쳐 뻗어 있는 수직 유리판(24)은 그 챔버를 거의 독립적인 두 부분으로 나눈다. 그 판은 슬릿 튜빙(slit tubing)으로 만들어진 테프론 가스킷(Teflon gasket)으로 그 모서리를 따라 살짝 봉해졌다. 전극 세트 사이에 교차 오염물(cross contamination)의 존재는 중요하면서 기대하지 못한 발견을 하게 했다.

테스트 항목(section)은 4개의 독립 에미터 전극(12)의 4개의 열에 배열된 16개 세트의 전극 집합체로 구성된다. 2개의 열은, 하나는 게르마늄 에미터이고 다른 하나는 실리콘 에미터인, 유리판 분리기의 각 측면에 위치되어졌다. 그 판의 한 측면 상에 있는 에미터는 정 극성이고, 다른 측면 상에 있는 에미터는 부 극성이었다.

각 전극 집합체는 하나의 에미터와 하나의 100mm ⅹ100mm 구리판(10)으로 구성된다. 구리판은 접지 되어 있다. 에미터와 접지 전극 사이의 거리는 약 16mm만큼 떨어져 있다. 전압은 테스트하는 동안 봉침 전류를 등화(equalization)하고 스파크가 일어나는 것을 막을 수 있도록 1GΩ 저항기(11)를 거쳐 각 에미터 전극에 인가된다.

적당한 극성의 고 전압은 0-25kV DC 안정 전원에 의해 유리판 분리기(24)의 각 측면 상에 있는 에미터(12)에 인가되어진다. 부 전원(negative power supply )(15)은 그 판의 한 측면 상에 있는 봉침(12)에 공급해 주고 또한 정 전원(16)은 그 판의 다른 측면 상에 있는 봉침(12)에 공급해 준다. 각 에미터에 흐르는 전류는, 이온화기 생성물에서의 전형적인 전류 크기인, 약 4μA로 된다. 그 전류는 말단부 가까이 있는 전기장에 의해 형성되고 전극 간격을 조정함으로써 최종 값에 이르게 되었다. 각 봉침으로 흐르는 전류는 100kΩ 저항기를 가로지른 전압 강하에 의해 모니터(monitored) 되었다.

점 대 평면 기하학(point-to-plane geometry)은 에미터 전극에 대해 가장 엄격하지만 제어되는, 테스트를 준비한다. 그것은 또한 에미터에 의해 발생된 몇몇 미립 물질의 정전기적 침전(electrostatic precipitation)을 위한 조건을 지정한다. 접지된 계수기 전극 위에 있는 침전물을 조사(examination)함으로써 코로나에 의해 발생된 입자의 원소 구성에 대한 정보를 얻을 수 있다. 계수기 전극에 도달하는 이온은 실험에서 사용된 전기장과 압력 내에서 열이온화(thermalization)가 되는데, 그들의 에너지는 약 0.026eV이다. 그 결과로 이온 폭격(ion bombardment)에 의해 스퍼터링 된(sputtered) 구리는 없게 된다. 이것은, 그 판 상에 원형 패턴의 형성으로 확인된 바와 같이, 이 전극에서 실제로 일어나는 화학반응을 막지는 못하지만, 그러한 반응은 상대적으로 큰 침전물이 만들어질 때까지는 입자를 방출할 것으로 기대되지 않는다. 이 입장은 아래에서 논의된 실험의 연구 결과에서 명확해졌다.

에어로졸(aerosol) 농도 및 입자의 크기 분포는, 도 1에 13으로 함께 도시되어 있는, 응축 핵 계수기(condensation nucleus counter : CNC)와 정전 분류기(electrostatic classifier : EC)를 사용하여 측정된다. CNC는 0.01μm보다 직경이 더 큰 입자의 총 개수를 농도로 측정한다; 그것은 300cm³ _/min에서 시험한다. EC는 0.011에서 0.5μm까지의 크기 범위를 커버한다. EC는 총 입자 농도보다 훨씬 적은 농도에서 크기가 선택된 표본을 CNC에 넘겨준다. 정전 분류기와 CNC는 에어로졸 크기의 1μm 이하의 범위에 대한 정보를 제공해 준다; 만약 더 큰 입자가 분류기에 의해 검출되었다면, 레이저 입자 계수기는 크기 측정 범위를 확장시켜서 사용돼 왔을 것이다. 분류기로 크기를 재는 동안과는 달리, 에어로졸 농도는 연속적으로 CNC로 모니터되고 컴퓨터(14)에 의해 기록되었다. 표본은 그 날 동안 교대로 정 및 부 측면으로부터 뽑혀졌는데, 그러나 노출 기간의 말기 가까이는, 부 측면은 거의 내내 모니터 되었다.

테스트 기구를 더 설명하기 위해, 유리판의 한 측면 상에, 곧 하나의 고립된 구획 안에서, 한 세트의 게르마늄 전극과 한 세트의 실리콘 전극이 제공된다. 임의의 한 테스트가 수행되는 동안, 부 전압이라고도 부르는 이온화 전압은 게르마늄 세트나 실리콘 세트 중 한 쪽에 인가되게 된다. 그 판의 다른 측면도 또한 한 세트의 게르마늄 전극과 한 세트의 실리콘 전극을 가지는데 게르마늄이나 실리콘 세트 중 어느 한 쪽만이 정(positive) 전압을 제공받는다. 테스트 수행은, 말하자면, 그 판의 한 측면 상에 있는 정 게르마늄 세트와 다른 측면 상에 있는 부 실리콘 세트를 포함할 수 있다. 스위칭을 함으로써, 4개의 조합, 곧 실리콘-실리콘, 게르마늄-게르마늄, 정 실리콘-부 게르마늄, 및 부 실리콘-정 게르마늄이 이용 가능하다.

입자 계수기는 단지 300cm³/min에서만 자신의 표본을 뽑아 내고, 그 수를 농도로써 보고하기 때문에, 그 챔버 안의 농도는 그 계수기에서 측정된 바와 같다. 챔버 유동율은, 출구에서의 농도 측정으로부터 챔버에서 초당 발생된 입자의 수를 추론하기 위해서만 사용된다. 챔버 유동율을 선택하는 하나의 기준은, 출구에서의 입자 농도가 입자 계수기의 측정 범위 내에 있었다는 것을 보증하기 위한 것이었다. 목표는 청정실(cleanroom) 환경 내에서의 농도가 아닌 여러 에미터 표본에 대해서 상대적인 입자 발생률을 측정하는 것이었다. 계수기 전극 상에 있는 침전물로부터 발생된 입자에 대한 정보를 얻는 것 또한 요구되는 사항이었다.

주요한 작업은, 수산화물(hydrated species)의 공기 부유되는(airborne) 기체 오염 물질이나 형성 및 코로나에서 발생될 수 있는 암모니아로부터 일어날 수도 있는 귀찮은 문제를 피하기 위해, 모의 실험된 건조 공기(80% 질소, 20% 산소) 대기에서 수행되어졌다. 테스트는 전형적으로 5000ppm인 대기의 수증기 레벨에 노출된 에미터로서 클래스 100의 청정실에서 수행되었다. 그 결과는 차후 테스트로부터 요약된다.

챔버 질소 기체는 액체 질소 탱크(3)로부터 얻어지는데 약 1ppb의 H₂O를 포함하고 있다. 산소에서 수증기의 레벨은 더 높으나, 모의 실험된 공기는 일반적으로 수증기가 50ppm 보다 더 적게 포함되었다. 코로나가 없을 때, 배경(background) 입자 농도는 0.01 cm^-3보다 더 적었다.

테스트에서 사용된 유동율에서, 난기류(turbulence)는 챔버 내에서 거의 일어나지 않을 것이다. 그러나 코로나 봉침은 기체 내에서 운동, 곧 코로나 바람을 야기하는 것으로 기대되었다. 유사한 기하학에서, 초당 수 미터의 코로나 바람의 속도는 관측되어 왔다. 그러므로 코로나 바람의 기체 혼합은 기대되었다. 실내 공기가 교체 기간 동안에 챔버로 들어가게 허락되었을 때, 입자의 농도는 잘 혼합된 챔버의 특성인 시간의 경과에 따라 지수적으로(exponentially) 감소하는 것으로 관측되어졌다.

비록 각 봉침에 대한 코로나 전류가 처음에는 명목상인 4μA (마지막 250시간 동안 8μA)로 조정되고 또한 정 및 부 세트가 평균 전류를 유지하기 위해 가끔 리셋팅이 될지라도, 몇몇 에미터 전류는 실험 과정 동안 변하였다. 모든 정 실리콘 봉침은 그들 개시값(starting values)의 5%내에 있었다. 정 게르마늄 봉침 중 두 개는 초기에 각 5μA에서 실행되나, 500시간에서는 4μA 에 가깝게 갔다. 정 코로나는 전극 주위에 있는 기체에서 형성되기 때문에, 표면 변화는 전류에 거의 효과를 가져오지 않는다는 것은 놀라운 일이 아니다.

부 에미터는 더 큰 변화를 보여주는데, 일반적으로 전류의 감소로 설명되었다; 평균 전류는 가끔 명목상의 값에 재조정되기 때문에, 몇몇 감소는 두 개의 봉침 상의 증가로서 상쇄되었다(offset). 비록 그럴지라도, 몇몇 실리콘과 게르마늄 봉침 전류는 노출의 말기에서는 40% 만큼 감소하게 된다. 전류에 대한 초기 감쇄 시간(initial decay times)은 실리콘에서는 3일 정도 그리고 게르마늄 에미터에서는 10일 정도쯤인 것으로 나타난다.

겉으로 보기에도, 부 코로나는 전극 표면에서 광 전리(photoionization) 및 정 이온 충격(positive ion impact)에 의해 조정 받기 때문에, 전류의 감쇄(decline in currents)는 봉침 표면의 변형(modification)으로서 설명할 수가 있다. 몇몇 표면 변형은 표면에서 제 2차 전자 방출을 촉진시키는 반면, 다른 것들은 그 전자의 방출을 방해할 수도 있다. 실리콘과 게르마늄 봉침은 모두 약간의 감소를 보여주었다.

에미터에 대한 전력을 먼저 인가했을 때, 비록 입자가 폭발적으로(in bursts) 방출되는 것으로 관측되었을지라도, 안정 상태의 방출은 훨씬 적었다. 게다가, 한 측면이나 다른 측면에 흐르는 전력을 끊음으로써, 우리는 정 에미터가 0.1cm^-3보다 적은 매우 낮은 입자 농도를 발생했다고 결정했다. 부 에미터는 입방 센티 미터당 수 백 개의 입자를 생성했는데 대략 1-2%는 부 측면에서 정 측면으로 옮겨졌다. 그러므로 크기 분포 측정은 부 에미터에 의해 발생된 입자에 대해서만 시도되었다. 단지 실리콘이나 게르마늄 에미터들에게만 전류를 흐르게 함으로써(energizing), 입자 크기를 독립적으로 결정하는 것도 가능하였다. 그러나 낮은 농도는 긴 기간에 걸쳐 평균하는 것을 필요하게 하고, 결과에 대한 정밀도를 제한하게 했다. 실리콘이나 게르마늄 양쪽으로부터 방출된 입자들은 0.01과 0.02μm 사이에 상당한 수의 입자들이 있는데, 약 0.015μm의 평균 직경을 가지고 약 0.01μm의 최대 크기 분포 폭(full size distribution)을 가진다. 계수 통계는 그 크기 분포를 좀 더 정밀하게 결정하는 데에는 부적절하였다.

부 코로나는 초기에 봉침당 약 30cm^-3(즉 7개의 봉침에 대해 200cm^-3)을 생성하는 것으로 발견되었다; 테스트 기간 말기 때, 생성률은 봉침당 약 20 cm^-3이었다. 정 극성 에미터는 봉침당 약 0.03 cm^-3을 생성했다. 비교 테스트에서, 부 실리콘과 게르마늄 봉침에 개별적으로 전류를 흐르게 함으로써, 실리콘 봉침은 봉침 당 111 cm^-3을 생성했고, 게르마늄 봉침은 봉침 당 63cm^-3을 생성했다고 결정되었다. 그러나, 게르마늄 에미터로부터 나오는 것으로 관측된 입자는 부 실리콘 전극으로부터 교차 오염 물질(cross contamination)을 통해서 이러한 에미터 상에 이전에 침전되어 있었던 실리콘 입자들이다. 이들 두 개의 짧은 기간의 속도(two short term rates)(약 한시간)는 긴 기간의 속도, 곧 봉침당 30cm^-3보다 모두 더 크다. 이러한 것에 대한 이유는 명확하지 않으나 거기에는 두 가지 가능성이 있다.

첫째, 그 에미터와 그 계수기 전극은, 입자들을 대전(charge)시키고 모을 수 있는 작은 정전 촉진제(electrostatic precipitators)로서 작용한다는 것이다. 그러므로, 두 세트의 에미터는 한 세트의 경우보다 더 많은 입자들을 모으기 쉽다. 둘째, 챔버에서 유동 패턴(flow pattern)은, 두 세트가 아닌 한 세트가 활성화(activated)될 때는 다를 것으로 예상된다. 입자 표본은, 다른 유동 패턴으로 인해 변경된 테스트 조건 동안 다르게 바이어스될 수도 있다.

입자들이 기체 속에서 잘 혼합된다고 가정하면, 봉침당 30 cm^-3의 농도는 안정 상태에서 봉침당 625 s^-1의 생성률에 해당하게 된다. 반면에, 부 전원이 인가될 때 입자 폭발(particle burst)은 1.5×10⁵cm^-3의 최대 농도를 생성할 수 있었다; 그 농도는 이 경우에 너무 빨리 감소하기 때문에 잘 혼합되어 있다는 가정이 타당치 않게 된다. 그 폭발(burst)은, 더 쉽게 관측되는 입자를 형성하기 위하여 빠르게 응고되는, 0.01μm보다 더 작은, 아주 작은 입자들로 구성되어 있을 수도 있다. 전력을 인가했을 때의 폭발(power-on bursts)은 노출의 거의 말기에서뿐만 아니라 초기 단계에서 먼저 관측되었기 때문에, 폭발 상에 있는 입자(particles in the burst)는 아마 챔버에 있는 표면으로부터 방출되는 것이 아니다.

게르마늄과 실리콘 에미터에 대한 코로나의 영향은 그 에미터들 간에 시간의 경과에 따라 큰 차이를 나타내며 진행하는 것으로 발견되었다. 표 1은 테스트 시리즈에 대한 노출과 표면 관측 결과를 요약한 것이다. XPS 연구는 장비의 감도(1%)에서 표본에 있어 질산염 또는 합병한 질소가 최소이거나 없는 것을 보여주었다. 표본은 아르곤 이온으로 스퍼터링 하면서 4 KeV 로 1200초까지 조사되었다.

봉침 노출 파라미터와 관측값

봉 침	극성	노출(시간)	Δ무게(μg)1	전하 Xfer	II/IF 2	%Si	%O	%Ge
Si 11	+	100	+2	60	1.13	23.40	35.47	-
Ge 11	+	100	+2	66	1.08	12.03	37.71	4.89
Si 12	+	250	+2	153	1.03
Ge 12	+	250	+4	148	0.82
Si 13	+	500	-2	313	1.02	22.64	56.30	-
Ge 22	+	500	+2	310	1.00	13.58	52.88	10.13
Si 14	+	750	0	606	1.02
Ge 23	+	750	+4	635	0.81
Si 15	-	100	-4	61	0.73	26.20	51.16	-
Ge 24	-	144	+6	89	0.75	-	46.41	21.10
Si 16	-	250	+14	142	0.62
Ge 25	-	250	0	165	1.08
Si 17	-	500	+33	252	0.65	23.94	68.02	-
Ge 26	-	500	+61	219	1.01	-	46.16	47.50
Si 18	-	750	+16	616	0.42
Ge 27	-	750	+4	690	1.10

¹무게 분해능(weight resolution)은 ±2μg.

²봉침 전류의 초기 대 말기의 비율

광학 현미경에서, 정 극성 실리콘 에미터는 500시간까지 코로나에 의해 전혀 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 마지막 테스트 250시간 동안, 정 실리콘 에미터 상의 전류는 4에서 8μA로 증가되었고, 또한 말단부는 그 말단부로부터 직경의 약 0.5까지 푸르스름한 색조를 띠게 되었다; 그 푸르스름한 색조는 열 처리된 강철 상에서 관측된 청색과 거의 똑같다. 말단부(직경의 첫 1/8)는 흐려(dull) 보이고 몇몇 미세한 입자들은 푸르스름한 색조를 띤 영역에서 봉침의 표면 상에 관측된다. 정 실리콘 에미터로 테스트하는 동안, 상당한 무게 이득이나 손실은 없었다. 정 극성 실리콘 봉침에서의 변화는 다른 표본에 대한 변화에 비하면 매우 적다. 주사 전자 현미경(SEM : scanning electron microscopy)을 사용하는 정 실리콘 에미터의 더 상세한 테스트는 미세한 구멍과 채널을 갖는 패턴화된 구조를 보여주었다. 이러한 구조의 한 예가 도 3에 도시되어 있는데, 어둡고 불규칙적인 모양의 영역은 작은 구멍이나 파인 곳이다. 이 같은 구조는 더 높은 전류에서 봉침이 작동된 이후, 750시간에서 정 실리콘 에미터에서 관측된다. 실리콘 에미터의 말단부는 실리콘 11과 실리콘 13에 대해 표 1에서 데이터 비교로 본 바와 같이 점진적으로 산화되었고, 그들의 저항률은 그 말단부의 XPS 분석 동안 전자 일루미네이션(electron illumination)과 대전(charging)으로 보여준 브라이트 영역(bright area)에 의해 증거된 바와 같이 증가하였다. 작은 구멍들은 아마 절연층을 통한 방전의 결과이다.

정 극성 게르마늄은 이온화의 첫 100시간 동안 갈색의 분말이 묻어 있는 말단부로 발전하는 것으로 관측된다. 그 후에 말단부, 곧 게르마늄 원뿔부(cone)는 푸르스름한 색조로 발전하는데, 750시간에 정 실리콘 에미터 상에 보여진 것과 매우 유사하다. 갈색 말단부와 푸르스름한 원뿔부는 모두 코로나에 직접 노출된 영역에 있는데 노출 시간이 경과함에 따라 그 크기가 커졌다. 비록 몇몇 변화가 게르마늄 말단부에서 나타날지라도, 정 극성 코로나를 가진 임의의 에미터에 대해서 관측될 만한 무게 이득이나 손실은 없었다.

SEM은 크기가 10μm 정도에서 전형적인 특징을 갖는 거의 거품 모양으로 된 외관을 나타냈다. 더 높은 배율의 확대도에서, 그 표면은 서로 결합된 입자나 입자 조각으로 구성되어 있는 것으로 나타난다. 거기에는 갈라진 틈(fractures)과 돌출부(projections)가 있는데; 하나의 구조는 표면으로부터 약 30μm까지 성장해 온 것으로 관측되었다.

게르마늄 11과 게르마늄 22 표본의 표면 XPS(x-ray photoemission spectroscopy) 분석은 그 침전물(deposit)들이 많은 양의 실리콘 산화물을 포함하고 있음을 보여주는데, 이는 에미터 간에 교차 오염 물질(cross contamination)이 있음을 암시하는 것이었다. 이러한 추론은 테스트 챔버에서 게르마늄 에미터만을 사용하는 차후의 관측결과로부터 실리콘이 없다는 것을 통해 실증되어졌다.

그러나 정 극성 게르마늄 에미터 상에 좀 더 무작위적인(random) 침전물 속에서는 위에서 도시된 실리콘 표본의 말단부에서 관측된 구조와 유사한 작은 구멍을 갖는 구조(pore structure)가 있었다는 것을 지적하는 것은 중요하다. 다시 이러한 구조들은 실리콘 산화 침전물에 기인한다. 표면층은 4KeV의 아르곤 이온으로 스퍼터링 하기 전 및 후에는 전기적 절연체였다. 봉침의 갈색 외관은 빛이 표면 침전물을 통해 노란색 게르마늄으로부터 산란된 결과라고 믿어진다.

부 실리콘 및 게르마늄 에미터의 표면은 코로나에 의해 모두 영향을 받았다. 부 극성 실리콘 전극의 표면의 마무리(surface finish)는 코로나에 노출되었던 곳에서 균일한 흐린(dull) 갈색 외관을 가지고 있었다. 더 높은 배율의 확대도에서, 그 말단부는 더 미세한 입자의 덩어리로 구성되어 있는 것으로 보이는 크기가 약 1μm인 미세한 입자의 층으로 코우팅된 것 같이 보인다. 그 결(texture)은 미세한 모래 같은 낟알 모양이었다. 흐린(dull) 표면에서 밝은(shiny) 표면으로의 추이는 갑작스럽고, 그 원뿔부의 변색은 밝은(shiny) 영역에서는 관측되지 않았다. 미세한 섬유 모양의 입자는 또한 250 시간 노출에 에미터의 표면 상에 흐린(dull) 회색 및 밝은(shiny) 영역 모두에서 관측되어졌다. 몇몇 섬유 모양은 직선(straight)인 반면, 다른 것들은 모양이 불규칙하거나 굽은 모양이다. 갈라진 틈(a crack)은 750시간의 코로나 후에 봉침의 표면에서 발견되었다. 이 틈을 자세히 검사해 보면 표면의 마무리(surface finish)는 그 두께가 약 1-2입자 층, 곧 약 10-20μm인 것으로 나타났다. 말단부의 명백한 부식 작용이 없다. 만약 있다면, 표면층은 입자의 형성물 또는 침전물만큼 두께가 좀더 두꺼웠을 것이다. 말단부의 표면은 전자 일루미네이션 아래서 밝고(bright), 다시 이것은 전기적으로 절연 표면막의 결과이다.

게르마늄 에미터는 대략 하나의 말단부 직경 상에 갈색을 띤 침전물을 산출하였고 또한 144시간에 불규칙적인 구별된 경계선을 가지게 되었다. 몇몇 더 가볍고 점점 가늘어진 침전물은 밝은(shiny) 영역이 갈색을 띤 침전물을 갖는 영역으로까지 뻗어있는 경계선 아래에서 관측되어졌다. 250시간 노출 후에 게르마늄 말단부는 푸르스름한 색조를 띤 갈색 침전물을 지나 있는 영역을 얻었었다. SEM 영상은 미세한 입자 무리(cluster)의 코우팅을 보여주었다. 전형적인 무리 규모는 크기가 10μm 정도 상에 있고, 미세한 입자는 길이가 1μm정도이며 그 모양은 불규칙적이었는데, 이러한 것들 역시 더 미세한 입자의 무리들이다. 거기에는 실리콘 표면 상에서 관측된 모양과 유사한 이따금 작은 구멍들(pore)이 침점물 내에 있었다. 도 4는 테스트 후 게르마늄 에미터의 말단부의 주사 전자 현미경 사진인데, 도 3에서 보인 바와 같이 실리콘 에미터 상에 있는 파인 곳(hole) 또는 작은 구멍(pore)이 보이지 않는다.

도 5는 게르마늄 27 표본 상에서 밝은(shiny) 영역과 반응한(reacted) 표면 영역 사이의 추이를 도시하고 있다.

부 극성 게르마늄 에미터의 XPS 분석은 봉침 말단부의 표면에 실리콘의 존재를 나타내지는 않았다. 또한, 게르마늄은 임의의 실리콘 에미터 상에서 또는 접지 전위에 있는 평면 전극 상에서는 발견되지 않았다.

정 극성 에미터에서 산소의 결합은 더 적으나 산소의 양은 정 및 부 에미터 모두에 대해 시간의 경과에 따라 증가한다. XPS 장치의 공간 해상도(spatial resolution)(한 위치에서 300μm이고 다른 위치에서 800μm) 때문에 화학 성분의 양이 정 극성 봉침 상에서 측정될 수 없었다. 부 실리콘 봉침에 있는 합성물은 SiO₂에 대한 합성물에 가까운 것으로 나타난다.

실리콘 또는 게르마늄 정 에미터에 의해 발생되는 입자는 없거나 거의 없는 것으로 나타난다. 세가지 관측 결과가 이것을 지지해 준다 : 인가된 정 전압만을 갖는 입자의 직접적인 측정은 매우 낮은 입자의 농도를 산출했다; 정 말단부 상에 나타난 바와 같은 그러한 입자는 직접 측정에 의해, 거기에는 1-2% 이월(carryover)이 있었으므로, 부 측면으로부터 나온 것이었다; 정 에미터에 대한 표면 분석은, 부 게르마늄 에미터는 실리콘의 증거를 보여주지 않는 반면, 최소량의 게르마늄으로도, 게르마늄 봉침 상에 다수의 실리콘과 산소가 있음을 보여준다.

이 조사 범위 내에서 그리고 위 관측 결과와 모순이 없게, 모든 입자는 실리콘에 기초하는(silicon-based) 것으로 결정되어졌다. 이것은 부 실리콘 에미터가 부 게르마늄 에미터보다 입자를 두 배 비율로 생성했다는 관측으로부터 지지를 받는다. 게르마늄 에미터는 봉침에 끌어당겨 온 실리콘에 기반을 둔 입자를 재 방출했던 것으로 생각된다. 게르마늄은 최소한 부 에미터 상에서 산화한다; 그러나 그 산화물은 에미터로부터 떨어져 나가지 않는다.

입자는 구리 표면으로부터 발생되지 않았다. 구리는, 고 전압에 인가돼 있으나 코로나를 발생시키지 않는, -에미터 표면 및 봉침 원통의 분석을 포함하는- 접지된 계수기 전극 표면으로부터 분리되어 발견되지 않았다. 게르마늄은 또한 게르마늄 에미터 상에 있는 것을 제외한 어느 곳에서도 발견되지 않았다.

계수기 전극에 대한 투과 전자 현미경(transmission electron microscopy : TEM) 분석은 또한 침전된(precipitated) 게르마늄을 나타내지 않았다; 거기에는 계수기 전극 상에 다만 실리콘과 실리콘-구리 합성물만 있었다. 이것은 특별히 게르마늄 전극 아래서는 참이었다.

후속의 테스트(follow-on test)는 그 실험 기구에서 단일 부 극성 게르마늄 에미터와 더불어 수행되었다. 이러한 테스트는 부 실리콘 에미터의 경우보다 크기가 약 2 내지 3 차수(order)가 적은 0.23cm^-3의 입자 생성율을 산출했다.

이것을 넘어서, 봉침 상에서 일어나는 가시적인 변화들을 해석하는 문제가 남아 있다. 에미터의 변질은 가열 때문인 것 같지는 않다. 4μA 의 코로나 전류로 인한 말단부에서의 온도 상승은 3℃보다 적다. 그러나 프라즈마에서 전자 온도는 10,000℃를 넘으므로, 몇몇 열 공정은 에미터의 말단부에서 관측될 수도 있다. 거기에는 또한 전극을 코팅하는 저항성 침전물 내에 마이크로 방전이 일어날 가능성이 있다.

임의의 극성을 갖는 실리콘이나 게르마늄 에미터도 직경이 0.02μm 보다 더 큰 입자는 많은 수를 발생시키지 못하는 것으로 발견되었다. 그 차이가 물질 내에서 관측되어진 것은 크기 범위로 0.01에서 0.02μm이고 또한 에미터 상에 부 극성이 있을 때뿐이었다. 실리콘에 대한 이전의 연구는 0.025μm보다 더 큰 크기에 대한 정보만 기록해 놓았다. 임의 크기로 생긴 입자 발생은 물질 이동(material transfer)과 잠재적으로 오염 처리 과정(contaminating process)에 있다. 본 경우에서, 입자는 부로 대전(charged)되고 표면상에 침전되는(precipitate) 것으로 보여졌다.

종래 기술에 대한 본 발명의 중요한 특성과 이점은 부 에미터에 의해 발생된 약 0.01-0.02μm의 크기 범위에서 입자의 수가 상당히 감소했다는 것이다. 이러한 범위에서 입자 발생의 감소는 부 실리콘 에미터로부터 그러한 생성보다 규모가 약 2-3차수(order) 적은 크기이다.

전형적인 이온화기로부터 발생된 이온의 구성은 매우 복잡하고 이해하기가 어렵다. 많은 종류는 그 수명이 짧고, 또한 그러한 것들은 종종 반응성이 크다. 문헌에 논의된 대부분의 이온화된 종류들은 이온-분자 반응이 상당 시간 진행한 후에 상호 전극 갭에서 발견된다. 본 실험의 건조한 산소-질소 혼합물에서, 있음직한 이온화된 종류들은 정 극성 코로나에 대해 N₂ ⁺, NO⁺, NO₂ ⁺, 및 O₂ ⁺이고 또한 부 극성 코로나에 대해 NO₂ ^-, NO₃ ^-, O^-, 및 O₃ ^-이다. N₂ ⁺이온은 빠르게 NO⁺로 전환되고 그리고 산소가 O₂ ⁺를 형성하도록 산소에 전하를 전송하는 것으로 믿어진다. 자유 전자는 여기된 종류 O^*와 O₂ ^*와 같은 기(radical)의 형성을 유발하고, 그리고 이러한 것들은 오존의 형성을 유도한다. 정 코로나에서, 전자는 정 극성으로 이끌려 가므로 오존은 부 코로나에서보다 더 적게 생성된다. 그러나 생성된 자유전자 및 관련된 자유 기(free radical)는 정 전극의 표면에 더 가깝게 있다. 정 코로나 반응의 근처는 금속에서 부 에미터를 넘어 있는 정 에미터에서 전형적으로 관측된 더 큰 부식을 설명하기 위하여 사용되어 왔다.

비록 위의 종류들이 코로나에 존재하는 것으로 알려져 있을지라도, 봉침 말단부에 충돌하는 그 이온 종류들은 그 에미터에서 화학 활동을 더 잘 일으키는 것 같다. 전극에서 활동적인 그러한 종류들은 기체 이온 연구에서 반대 극성 코로나에 대해 관측된 종류인 것으로 기대된다. 거기에는 산소, 질소, 및 에미터 표면을 때리는 NO_X이온 종류들이 있다.

질소-산소 혼합물 내에서 실리콘과 게르마늄에 대한 부식 반응은 정 에미터보다도 부 에미터에서 상당히 더 파괴적이라는 것이 관측되었다. 이 결과는 금속에 대한 연구와 반대된다. 니켈 합금에 대한 연구에서, 부 이온이 에미터에 가까운 거리로 인해 가속되어질 수 있는 이온이 거의 없으므로, 물리적인 스퍼터링은 정 코로나 환경 내에서 주요한 침식 작용으로 중요하지 않다는 것을 나타내 주었다. 부 코로나에서 이온 충돌의 역할 및 부 실리콘과 게르마늄 에미터의 증대된 부식 작용은 우리에게 이온 충돌(ion bombardment) 및 물리적 스퍼터링이 이러한 물질에서 일어날 가능성을 고려하도록 가르쳐 준다.

실리콘과 게르마늄에서 전극의 변질에 대한 주요한 메카니즘은, 금속과는 하나의 차이를 갖는, 코로나로부터의 이온 충돌인 것으로 나타난다. NO₃ ^-가 부식 생성물에서 발견되는 금속과는 달리, 산화물만이 실리콘과 게르마늄 에미터 상에 관측된다. 이 결과는 질소의 화합 전에 게르마늄과 실리콘이 먼저 산화한다고 하는 것과 모순이 없다.

부 코로나 환경에서 관측된 매우 두꺼운 산화층은 몇 가지 원인 때문에 있을 수도 있다 : 에미터 말단부로부터 더 형성된 이온은 표면까지 가속되고 더 두꺼운 산화물 형성을 유발한다; 산화 작용은 강하게 걸린 전기장과 절연 표면층에 있는 전류에 의해 높아진다; 또한 SiO 및 차후 응축과 침전을 형성하는 실리콘 말단부에서 산소/NO_X반응에 의해 매우 미세한 입자의 형성이 높아진다.

그것이 0.015μm 크기의 입자 형성으로 유도할 것이고 또한 전극 상에 10-20μm 두께의 침전물의 형성을 설명해 주기 때문에, 이러한 메카니즘의 마지막 단계는 가장 있음직하다. 미세한 입자는 또한 에미터 말단부 상에 있는 절연 침전물을 거쳐 이온 스퍼터링이나 전기적인 방전으로 형성될 수 있다. 침전물의 성장과 전극으로부터 작은 조각의 떨어짐을 야기하는 메카니즘은 더 큰 입자를 발생시키는 것으로 기대된다. 저항성 산화층은 에미터 상에 이러한 갈라진 틈(crack)이나 생성된 작은 구멍(pore)을 형성하는 것으로 관측되었다.

게르마늄과 실리콘 모두에게 질화 작용(nitridation)이 결여된 것은 질소 환경에서 이온화를 하려는 이러한 두 물질에 대해 유리한 이점을 제안한다.

게르마늄과 실리콘 에미터의 예비 테스트는 클래스 100의 청정실(cleanroom)에서 수행되었다. 한 세트의 4 개 전극은, 정 극성에서 2개이고 부 극성에서 2개인, 한달 기간 동안 테스트 공기 이온화기에서 수행되었다. 봉침 상에 전류는 전형적으로 각각 2μA이다. 테스트의 말기에는, 게르마늄과 실리콘 에미터에 대한 SEM 영상이 부 및 정 에미터 양쪽 위에 침전물이 있음을 나타내었다.

공기 이온화기는 공기 부유성(airborne) 입자의 계수기를 사용하여 입자 방출을 결정하기 위해 클래스 100의 청정실에서 수행되었다. 입자 계수는 일분 간격으로 누적되는데, 만약 경계 문턱치(alarm threshold)를 넘어서지 않으면 기록은 매 열번째 테스트 때마다 프린트되었다. 측정된 것 중 가장 작은 입자 크기는 0.3μm였고, 경계 레벨치(alarm level)는 표본 주기 일분 동안 300계수율로 지정되었다. 처리가 시작되면 0.3μm인 입자의 전형적인 계수는 분당 약 20이었다. 이것은 많은 수의 입자가 8시간 기간 동안 폭발(분당 300-650)하여 방출될 때인 제 3일의 정오까지 계속되었다.

그 에미터가 클래스 100의 청정실 공기에서 사용될 때, 많은 이온 종류의 함수화합물(moisture hydrates)과 그 반응은 미립 물질을 형성하게 일어난다. 이러한 물질은 에미터에 들러붙어서 에미터를 변질시키는 그러한 특성 외에 미립자의 계수(count)(그리고 입자의 크기)를 증가시킨다.

게르마늄은 그것의 한계를 고려하여 사용되어야만 한다. GeO₂는 게르마늄 에미터 말단부 상에 형성되는 가장 있음직한 산화물인데 그것은 수용성으로 알려져 있다. 그러나, 클래스 100의 청정실 공기에서 수증기의 존재가 에미터 물질의 변질을 촉진하는 방법으로 표면 반응을 변경시키는 것 같지는 않았다. 사실, 클래스 100의 청정실에서, 게르마늄 에미터는 실리콘 에미터에 동등하거나 또는 아마 더 낫게 수행하였다. 게르마늄은 또한 할로겐 프라즈마 내에서 에칭에 대해 실리콘보다 더 민감한 것으로 알려져 있다. 이러한 한계를 가지고 있으나 이점을 제외하면, 진보된 비금속 에미터의 이점은 이온 발생이 건조한 공기-청정 환경(dry, air-purged environment)에서 일어날 때 가장 잘 실현되었다.

게르마늄과 실리콘 에미터 전극은 플라즈마와 이온 충돌 작용(bombardment mechanism)에 의해 산화한다. 물질의 질화 작용(nitridation)은, 반도체 생성 공정(manufacturing processes)에 대해 기록된 이온 화학작용(ion chemistry)과 금속 에미터 상에 발견된 질산염 형성물(nitrate formations)로부터 기대될 수 있는 것과는 대조적으로, 아무 것도 관측되지 않았다. 부 극성 실리콘과 게르마늄 에미터 전극은, 금속 에미터에 대한 연구와는 대조적으로, 정 극성 에미터보다 더 큰 속도로 산화한다. 부 극성 실리콘 에미터는 정 극성 에미터보다 크기가 몇 차수(order) 정도 더 많은 입자를 방출한다. 비록 게르마늄 에미터가 산화될지라도, 한 달의 긴 테스트 동안 이 물질로부터 입자가 떨어져 나간다는 것을 나타내는 증거는 아무 것도 발견되지 않았다. 부 에미터 상에 있는 부식의 형태는 일반적인 산화, 팽창, 그리고 조각으로 벗겨지는 것으로 나타난다. 정 에미터에 대하여, 실리콘과 게르마늄 에미터 말단부 모두는 말단부에 작은 구멍(pores)이나 채널(channels)을 발달시킨다; 몇몇 그러한 작은 구멍(pore)은 게다가 부 말단부에 있는 구조에서 보여질 수도 있다. 게르마늄 에미터는 전극 부식으로 유도하는 실리콘보다 더 높은 문턱 이온 에너지(threshold ion energy)를 가지는 것으로 나타난다. 이 결과는 게르마늄보다도 실리콘이 산화에 대해 일반적인 우선권(general preference)을 갖는 것과 모순되지 않는다. 가장 좋은 수행이 전극이 건조 공기로 깨끗이 될 때 달성될 수 있다.

실험 테스트 기구에서, 봉침과 저항기는 일직선으로 배열되었다. 개개 봉침에 걸린 전압을 조절하기 위하여 저항기와 봉침 사이에서 조정(adjustment)을 하는 것은 가능하였다. 도 2a 와 도 2b에서, 봉침과 각 하나씩 연결된 저항기는 그들이 수직으로 다른 것과 부착되어 있는 것처럼 도시되어 있다. 이것은 단순화되고 개략적인 도면이기 때문에, 수직 배열을 함으로써 본 도면을 더 명확히 하는 것도 가능하나, 작동의 원리는 변하지 않는다.

종래 기술은 단결정 실리콘 에미터가 다결정 실리콘 에미터보다 미세한 미립자에 대해서는 더 깨끗하다고 주장되어 왔다. 본 발명에서 실험은 다결정 게르마늄 에미터가 단결정 실리콘 에미터보다 미세한 미립자에 관하여 더 깨끗하다는 것을 발견했다. 단결정 게르마늄은 미세한 미립자를 감소시킬 때에 다결정 게르마늄만큼 최소한 같게 좋거나 아니면 그보다 더 좋은데, 비용의 증가로 인해 아마 상업적으로는 무익하다. 종래 기술은 더 많은 입자를 생성하게 하는 기반되는 금속의 코우팅의 부식 문제와 기반 금속의 노출 문제를 피하기 위하여 실리콘 에미터가 금속 기판 상에 코우팅 되는 것보다는 오히려 속까지 질이 같거나 균질한 것이어야 한다고 주장해 왔다. 게르마늄 에미터는 이런 방법으로 부식하지 않으므로 금속 기판 상에 제한 없이 10-20μm 정도 또는 그 이상의 두께로 한 게르마늄 코팅도 받아들일 만하다.

Claims (17)

1. 기체를 이온화 하기 위한 코로나 발생 에미터 전극에 있어서,

   상기 전극은, 약 0.1과 100Ω-cm 사이의 저항률을 갖는 반도체가 되도록 하기 위하여 도체로 도우핑된 순수 게르마늄을 포함하여, 상기 에미터로부터 상기 기체로 미세한 입자의 삽입이 감소되는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 에미터 전극은 안티몬이 도우핑된 게르마늄인 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 에미터 전극은 99.999%를 초과하는 순도의 결합된 게르마늄과 불순물(dopant)인 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 에미터 전극은 다결정 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 에미터는 단결정 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 에미터 전극은 도금되지 않은 게르마늄인 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
7. 기체를 이온화 하기 위한 코로나 발생 에미터 전극에 있어서,

   약 0.1과 100Ω-cm 사이의 저항률을 갖는 반도체가 되도록 하기 위하여 도체로 도우핑된 게르마늄의 최소한 약 10-20μm의 코팅을 기판 위에 포함하여, 상기 에미터로부터 상기 기체로 미세한 입자의 삽입이 감소되는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 에미터 전극은 안티몬이 도우핑된 게르마늄인 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 에미터 전극은 99.999%를 초과하는 순도의 결합된 게르마늄과 불순물(dopant)인 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 에미터 전극은 다결정 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 에미터는 단결정 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 에미터 전극.
12. 기체를 이온화 하기 위한 코로나 발생 에미터 전극에 있어서,

    상기 전극은 약 0.1과 100Ω-cm 사이의 저항률을 갖는 반도체가 되기 위하여 도체로 도우핑된 순수 게르마늄을 포함하고, 약 0.01 - 0.02 μm의 크기 범위에서 입자의 감소된 양을 생성하는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 감소는 부 에미터(negative emitter)에서 일어나는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
14. 제 12항에 있어서,

    상기 에미터 전극은 안티몬이 도우핑 된 게르마늄인 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
15. 제 12항에 있어서,

    상기 에미터 전극은 99.999%를 초과하는 순도의 결합된 게르마늄과 불순물(dopant)인 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
16. 제 12항에 있어서,

    상기 에미터 전극은 다결정 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.
17. 제 12항에 있어서,

    상기 에미터는 다결정 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 발생 에미터 전극.