TW202333002A - 用於向雷射腔室供應脈衝之脈衝功率電路、包含飽和磁芯之電感器、電感器及雷射系統 - Google Patents
用於向雷射腔室供應脈衝之脈衝功率電路、包含飽和磁芯之電感器、電感器及雷射系統 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202333002A TW202333002A TW112105685A TW112105685A TW202333002A TW 202333002 A TW202333002 A TW 202333002A TW 112105685 A TW112105685 A TW 112105685A TW 112105685 A TW112105685 A TW 112105685A TW 202333002 A TW202333002 A TW 202333002A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- magnetic material
- magnetic
- switching
- switch
- damping
- Prior art date
Links
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 199
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 97
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 36
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 30
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 54
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 19
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- VZPPHXVFMVZRTE-UHFFFAOYSA-N [Kr]F Chemical compound [Kr]F VZPPHXVFMVZRTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- ISQINHMJILFLAQ-UHFFFAOYSA-N argon hydrofluoride Chemical compound F.[Ar] ISQINHMJILFLAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/09702—Details of the driver electronics and electric discharge circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/45—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of non-linear magnetic or dielectric devices
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
- G03F7/70025—Production of exposure light, i.e. light sources by lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F21/00—Variable inductances or transformers of the signal type
- H01F21/02—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers
- H01F21/08—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers by varying the permeability of the core, e.g. by varying magnetic bias
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/80—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using non-linear magnetic devices; using non-linear dielectric devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
- H01F2003/106—Magnetic circuits using combinations of different magnetic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
- H01S3/225—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms comprising an excimer or exciplex
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
本發明提供一種脈衝功率電路，其包括具有一開關磁性材料與一阻尼磁性材料之一混合芯之一電感器，該開關磁性材料經配置且經選擇以充當一磁性開關，該阻尼磁性材料經配置且經選擇以阻尼能量反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料，使得該電路可減緩由所反射能量引起之共振，而作為一飽和電抗器電感器之一部分，其開關功能沒有任何顯著退化。
Description
本發明係關於用於產生電脈衝之電路，該電脈衝在雷射中用於充當例如微影裝置中之照明源。
微影裝置將所要圖案施加至諸如半導體材料之晶圓的基板上，通常施加至基板之目標部分上。替代地稱為遮罩或倍縮光罩之圖案化器件可用於產生待形成於晶圓之個別層上的電路圖案。通常藉由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來實現圖案之轉印。大體而言，單個基板將含有連續圖案化之鄰近目標部分。
微影裝置包括：所謂的步進器，其中藉由一次性將整個圖案暴露至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂的掃描器，其中藉由在給定方向上經由輻射光束來掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化器件轉移至基板。
用於照明圖案且將其投影至基板上之光源可具有多個組態中之任一者。常用於微影系統中之深紫外線準分子雷射包括處於248 nm波長下之氟化氪(KrF)雷射及處於193 nm波長下之氟化氬(ArF)雷射。
諸如所描述雷射之雷射使用電能脈衝。用於產生電脈衝之電路通常包括磁性開關元件。此等開關元件必須能夠可再生產且可靠地產生脈衝。
在此上下文中，產生對本發明之需求。
下文呈現一或多個實施例之簡化概述以便提供對實施例之基本理解。此概述並非所有預期實施例之廣泛綜述，且既不意欲識別所有實施例之關鍵或決定性要素，亦不意欲描繪任何或所有實施例之範疇。其唯一目的為將一或多個實施例之一些概念以簡化形式呈現為稍後呈現之更詳細描述的序言。
根據一實施例之一態樣，揭示一種用於向一雷射腔室供應脈衝之脈衝功率電路，該脈衝功率電路包括具有一混合飽和磁芯之一電感器，該混合飽和磁芯主要包含經配置且經選擇以充當一磁性開關之一開關磁性材料，且其次包含一阻尼磁性材料，該阻尼磁性材料經配置且經選擇以阻尼來自該雷射腔室之反射而不過度地干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料。該等材料可使得在該電感器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯磁導率之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。該開關磁性材料可主要在該開關磁性材料之一開關範圍內作為一開關操作，該開關範圍包括在該開關磁性材料之-H
C與+H
C之間的場強。該開關磁性材料在該開關範圍內可具有一最大磁導率
µ SWITCH，其比阻尼磁性材料在其自有開關範圍內之一最大磁導率
µ DAMPER大得多(例如＞10x)。該開關磁性材料可具有一第一磁方形比，且該阻尼磁性材料具有小於該第一磁方形比的一第二磁方形比。該開關磁性材料可具有大於0.80之一磁方形比。該阻尼磁性材料具有小於0.80之一磁方形比。該阻尼磁性材料可佔該飽和磁芯之在0.50%至10%範圍內之一重量百分比。該阻尼磁性材料可佔該飽和磁芯之約1%之一重量百分比。
根據一實施例之另一態樣，揭示一種具有混合飽和磁芯之電感器，該混合飽和磁芯包含：一開關磁性材料，其經配置且經選擇以充當一磁性開關；及一阻尼磁性材料，其經配置且經選擇以阻尼來自雷射腔室之反射而不干擾充當一磁性開關之第一磁性材料。該等材料可選擇以使得在該電感器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。該開關磁性材料主要在一開關範圍內作為一開關操作，該開關範圍包括該開關磁性材料之-H
C與+H
C之間的場強，且該開關磁性材料在該開關範圍內具有一最小磁導率
µ SWITCH，其大於該阻尼磁性材料在該開關範圍內之一最大磁導率
µ DAMPER。該開關磁性材料可具有大於0.80之一磁方形比。該阻尼磁性材料可具有小於0.80之一磁方形比。該阻尼磁性材料可佔該飽和磁芯之在0.5%至10%範圍內之一重量百分比。該阻尼磁性材料可佔該飽和磁芯之約1%之一重量百分比。
根據一實施例之另一態樣，揭示一種電感器，其包含：複數個第一環形元件，其以一堆疊配置，該等第一環形元件包含經配置且經選擇以充當一磁性開關之一開關磁性材料；及至少一個第二環形元件，其以該堆疊配置，該第二環形元件包含一阻尼磁性材料，該阻尼磁性材料經配置且經選擇以阻尼脈衝能量反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料。
根據一實施例之另一態樣，揭示一種電感器，其包含：一環形物，其由捲繞成一或多個匝之一磁帶製成，該磁帶在捲繞時具有一徑向橫截面，該徑向橫截面包含：至少一個第一層，其由經選擇以充當一磁性開關之一開關材料製成；及至少一個第二層，其由經選擇以阻尼脈衝能量反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料的一阻尼材料製成。
根據一實施例之另一態樣，揭示一種雷射系統，其包含：一雷射腔室，其含有一對電極；及一脈衝電源供應系統，其經配置以向該等電極供應脈衝，該脈衝電源供應系統包括一混合飽和芯電抗器，該混合飽和芯電抗器包含：一開關磁性材料，其經配置且經選擇以充當一磁性開關；及一阻尼磁性材料，其經配置且經選擇以阻尼來自該雷射腔室之反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料。
下文參考隨附圖式來詳細描述本發明之另外特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文中所描述之特定實施例。僅出於說明性目的在本文中呈現此類實施例。基於本文中所含之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將為顯而易見的。
本說明書揭示併入本發明之特徵之一或多個實施例。所揭示實施例僅例示本發明。本發明之範疇不限於所揭示實施例。本發明由隨附申請專利範圍限定。
所描述之實施例及本說明書中對「一個實施例」、「一實施例」、「一實例實施例」等之參照指示所描述之實施例可包括特定特徵、結構或特性，但每一實施例可未必包括該特定特徵、結構或特性。此外，此類片語未必參考相同實施例。另外，當結合實施例來描述特定特徵、結構或特性時，應理解，無論是否明確地描述，結合其他實施例影響此特徵、結構或特性在熟習此項技術者之認識範圍內。
轉向圖1，展示脈衝功率電路之實例，該脈衝功率電路包括高壓電源模組30、共振充電器模組31、整流器模組32、壓縮頭模組34及雷射腔室模組36。除雷射腔室模組36之外的此等組件構成固態脈衝功率模組(SSPPM)。高壓電源模組30將三相正常廠用功率轉換為高DC電壓。共振充電器31對整流器模組32中之電容器組充電以增加脈衝電壓且形成較短電脈衝。壓縮頭模組34進一步在時間上壓縮來自整流器模組之電脈衝，同時電流對應地增加，以在雷射腔室模組36中之電極兩端產生具有所需放電電壓之脈衝。此雷射系統之配置及操作的額外細節可例如見於2006年7月18日發行之標題為「Control System for a Two Chamber Gas Discharge Laser」之美國專利第7,079,564號中，該美國專利之全部內容以引用之方式併入本文中。關於此電路之操作的其他細節可見於2006年2月21日發行之標題為「Method and Apparatus for Cooling Magnetic Circuit Elements」之美國專利第7,002,443號中，該美國專利之全部內容以引用之方式併入本文中。
圖2為根據一實施例之一態樣之諸如可用於圖1之脈衝功率電路中之整流器模組32之簡化電路圖。虛線A與B之間的元件包含實施整流器模組32之電路。高壓電源模組30將電力供應至以已知方式操作之共振充電器模組31。將來自共振充電器模組31之脈衝供應至整流器模組32以對電容器50充電。電容器50通常稱為C
0且電容器50上之電壓稱為V
C0。當感測到觸發信號時，整流器固態開關68閉合，從而經由充電電感54使電容器50放電至電容器60。電容器60通常稱為C
1且電容器60上之電壓稱為V
C1。電壓保持在電容器60上直至充當磁性開關之飽和電抗器55飽和，且經由變壓器70將電容器60放電至壓縮頭模組34中之電容器組中。
飽和電抗器55最初阻止來自電容器60之電流的流動。更特定言之，通常，在發射脈衝之前，飽和電抗器55偏壓為負飽和。(飽和電抗器55可甚至在無偏壓電流之情況下抵抗進入電流，但偏壓電流用於提供增加(甚至增加至最大)及穩定之通量擺幅)。當下一脈衝能量來自電容器50以對電容器60進行充電時，電流在飽和電抗器55之芯中感應反電動勢以抵抗進入電流，直至芯在正向方向上變得飽和為止。在飽和之後，反電動勢消失，且聚積在電容器60上之電荷如同電路開關突然閉合一般轉移。
飽和電抗器55因此充當脈衝雷射之磁性開關。飽和磁芯為電感器提供兩種狀態。在一種狀態下，飽和電抗器之電感較高，此係因為磁芯具有較高磁導率。在另一種狀態下，電感較低，此係因為磁芯已趨於飽和(對應於低磁導率)。
飽和電抗器之磁芯可呈若干形式中之任一者，包括粉末芯、鐵氧體芯及帶捲芯。帶捲芯100之實例展示於圖3A中。圖3B為沿著圖3A之線BB截取之剖視圖，具有附加殼體，其可由鋁或類似結構或塗層製成以機械地穩定芯。此等帶捲芯100可單獨地使用或可以如圖3C中所示之堆疊110配置。帶捲芯由高磁導率鎳鐵合金之細條製成，該等合金包括晶粒定向之50%鎳鐵合金、非定向之80%鎳鐵合金及晶粒定向之3%矽鐵合金。此等為材料之一些實例。將顯而易見的係，清單並非為窮盡性的，且可使用許多其他材料。
此類應用中所用之飽和電抗器之芯習知地需要展現特定磁滯方形或B
r/B
sat比。此係因為對於作為開關之理想操作，芯材料應展現如在下文更充分描述之幾乎方形磁滯曲線。方形曲線之一個特性在於曲線中之彎曲點為陡峭的，其中磁化強度B開始隨(負)場強H之減小而下降。
電源設計中之一個技術問題為雷射腔室模組36中之電極對脈衝之反射。此等反射可引起振鈴，該振鈴可干擾脈衝電路準備好遞送下一脈衝之能力。已使用各種措施來控制此所反射能量。就此而言，參見1998年3月17日發行之標題為「Pulse Power Generating Circuit with Energy Recovery」之美國專利第5,729,562號，該美國專利之整個說明書以引用之方式併入本文中。
根據一實施例之一態樣，所反射能量進一步藉由將飽和電抗器芯修改為包括除主導開關行為之「開關」磁性材料以外之「阻尼器」磁性材料而得以控制，該阻尼器磁性材料具有使得阻尼磁性材料阻尼所反射能量之特性。然而，阻尼磁性材料經選擇以使得其在脈衝產生期間並不干擾開關磁性材料之開關操作。此產生在脈衝產生時執行開關功能且在脈衝產生後執行阻尼功能兩者之混合芯。此處及別處，術語「干擾」用於意謂儘管磁性材料中之每一者均可在其他操作區域中具有一些效應(開關與阻尼)，但區域外效應足夠小以使得其並不過度地妨礙其他材料在其區域中之功能。因此，阻尼磁性材料在開關期間並不干擾開關磁性材料之開關功能，且開關磁性材料在反射阻尼期間並不干擾阻尼磁性材料之阻尼功能。
存在表徵及選擇阻尼磁性材料以達成減少反射而不損害開關之所要目的之若干方式。圖4A展示開關磁性材料之理想化磁滯方形曲線(實線)。圖式上之B
SAT(開關)為開關磁性材料之飽和磁力，在該點之後，增加所施加磁場之強度H並不引起磁化強度之任何增加。B
r(開關)為開關之B頑磁，亦即，當所施加H場之強度降至零時開關磁性材料之殘餘磁化強度。對於完美方形，B
r(開關)= B
SAT(開關)且其比為一。H
C係關於如在下文更詳細解釋之矯頑磁性。偏壓點為阻尼器材料曲線(虛線)上芯偏壓之點。
根據一實施例之一態樣，為開關磁性材料保留使用高方形材料之優點。然而，藉由將較低方形阻尼磁性材料之一部分添加至芯以產生混合芯來控制由反射腔室能量引起之振盪。如本文中所使用，「混合」意欲意味著材料之組合，其中每一材料為離散且獨特的且保持其個別磁特性。
圖4A中之虛線展示根據一實施例之一態樣之阻尼磁性材料之一些可能特性。圖式上之B
SAT(阻尼器)為阻尼磁性材料之飽和磁力，在該點之後，其後增加所施加磁場之強度H並不引起磁化強度之任何增加。B
r(阻尼器)為阻尼器之B頑磁，亦即，當所施加H場之強度降至零時阻尼磁性材料之殘餘磁化強度。如可見，Br (阻尼器) ≠ B
SAT(阻尼器)。根據一實施例之一態樣，低方形材料在曲線中展現出圓形彎曲點，其中磁化強度B開始隨以虛線所示之橢圓形中之(負)場強H之減小而下降。
根據一實施例之一態樣，阻尼磁性材料經選擇以使得
B
r(阻尼器) / B
SAT(阻尼器) = B
r(開關) / B
SAT(開關)
其中 B
r(阻尼器)為阻尼磁性材料之頑磁；
B
SAT(阻尼器)為阻尼磁性材料之飽和或最大磁強度；
B
r(開關)為開關磁性材料之頑磁；且
B
SAT(開關)為開關磁性材料之飽和或最大磁強度。
根據一態樣，阻尼磁性材料經選擇以使得H
C(阻尼器) ＞ H
C(開關)，其中H
C(阻尼器)為阻尼磁性材料之矯頑磁性，且H
C(開關)為開關磁性材料之矯頑磁性。根據另一態樣，即使H
C(阻尼器)較小，但若彎曲點周圍之曲線如在圖4A中之虛線橢圓中所示為相對圓形的，則阻尼材料可仍阻尼來自腔室之能量。
如圖4A中可見，阻尼器材料在偏壓點處之磁滯曲線大於且主導由開關磁性材料在該偏壓點處展現之磁滯。因此，阻尼磁性材料可阻尼來自雷射腔室之反射或殘餘能量。然而，阻尼磁性材料在開關磁性材料之開關操作範圍(包括在開關磁性材料之+H
C與-H
C之間)內接近飽和。在此範圍內，開關磁性材料之磁導率
µ S主導阻尼磁性材料之磁導率
µ D。在以下情況下尤其如此：根據一實施例之一態樣，開關磁性材料之量主導阻尼磁性材料之量，使得在彼範圍內阻尼磁性材料之存在不干擾開關磁性材料之操作。
換言之，根據一實施例之一態樣，在偏壓點處，阻尼磁性材料磁滯主導開關磁性材料磁滯，而在開關操作範圍內，開關磁性材料之磁導率主導阻尼磁性材料之磁導率。因此，每一材料在其自有操作範圍內有效，且不干擾另一材料在其他材料範圍內之有效性。
作為另一實例，圖4B中之虛線展示另一阻尼磁性材料之可能磁滯曲線。選擇阻尼磁性材料以使得B
r(阻尼器) / B
SAT(阻尼器) ＜ B
r(開關) / B
SAT(開關)。此外，阻尼磁性材料經選擇以使得H
C(阻尼器) = H
C(開關)。具有此等特性之阻尼磁性材料在圖4B中產生虛線磁滯曲線。如可見，阻尼器材料之曲線再次在偏壓點處展現磁滯，該磁滯比由開關磁性材料在偏壓點處展現之磁滯大得多。因此，阻尼磁性材料可阻尼來自雷射腔室之反射或殘餘能量。在開關操作範圍內，開關磁性材料之磁導率
µ S主導阻尼磁性材料之磁導率
µ D。在以下情況下尤其如此：根據一實施例之一態樣，開關磁性材料之量主導阻尼磁性材料之量，使得在彼範圍內阻尼磁性材料之存在不干擾開關磁性材料之操作。
材料之數目可為兩種或超過兩種。在兩種材料構成混合芯材料之實例中，開關磁性材料可展現相對較高之方形，而阻尼磁性材料可展現相對較低之方形。對於一些實施例，開關磁性材料可具有在0.8至1範圍內之方形。此外，對於一些實施例，阻尼磁性材料可具有小於0.8之方形。
根據一實施例之另一態樣，分別給出開關材料之磁導率比µ
max/µ
sat與阻尼材料之類似地定義之磁導率比，將有利的係開關材料具有相對較大之磁導率比且較小材料具有相對較小之磁導率比。此處，取µ
max為開關區域上BH曲線之斜率。
關於磁芯之實體結構，如上文所提及，芯可經組態為環形元件之圓柱形堆疊。此組態之實例展示於圖5中。如可見，在實例中，芯經組態為五個環形元件之堆疊110，但可使用更少或更多元件。在堆疊中，淺色環形物由開關磁性材料製成，其中之一者用數字100指定。此等環形物100一起構成堆疊110中五個環形物中之四者。插入於堆疊110中的為由阻尼磁性材料製成之另一環形物120。環形物120可置放於堆疊110中之任何位置處。
如圖5B中所示，可存在開關磁性材料100及阻尼磁性材料120之多個環形物。同樣，環形物120可置放於堆疊110中之任何位置處。
圖5C至圖5E為捲繞以製備環形物之磁帶的橫截面。如圖5C中所示，磁帶130可具有開關磁性材料之層135與阻尼磁性材料之層137。可如所示安置層135及137，或層137可在層135下方或包夾於兩個層135之間。如圖5D中所示，磁帶140可具有開關磁性材料及阻尼磁性材料之多個交替層145及147 (分別對應)。如圖5E中所示，低方形材料可在磁帶150中配置為高方形材料155之矩陣中線性元件157之陣列。陣列可如所示為規則的或在元件之定位及間距方面為不規則的。
阻尼磁性材料之量對開關磁性材料之重量比可變化。舉例而言，混合芯中之阻尼磁性材料之量(按重量計)可佔混合芯之重量的0.5%至10%。作為另一實例，混合芯可包括1%之阻尼磁性材料(按重量計)。
混合飽和磁芯(諸如剛才描述之彼等磁芯)可併入至電感器中，用作上文所描述之脈衝功率電路系統中之飽和芯電抗器。
儘管前述描述出於具有促進較佳理解之具體實例起見主要針對帶捲芯，但對於一般熟習此項技術者將顯而易見的係，本文所闡述之原理亦可應用於其他類型之芯。
應瞭解，[實施方式]章節而非[發明內容]及[中文發明摘要]章節意欲用以解釋申請專利範圍。[發明內容]及[中文發明摘要]章節可闡述如由發明者預期之一或多個而非所有本發明之例示性實施例，且因此，不意欲以任何方式限制本發明及所附申請專利範圍。
上文已憑藉說明特定功能及該等功能之關係之實施的功能建置區塊來描述本發明。為了便於描述，本文已任意地定義此等功能建置區塊之邊界。只要適當地執行指定功能及該等功能之關係，便可界定替代邊界。
對特定實施例之前述描述將因此充分地揭露本發明的一般性質：在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他者可藉由應用熟習此項技術者所瞭解之知識針對各種應用而容易地修改及/或調適此類特定實施例，而無需進行不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及導引，此等調適及修改意欲在所揭示之實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文中之措詞或術語係出於描述而非限制之目的，以使得本說明書之術語或措辭應由熟習此項技術者按照教示及指導進行解譯。
可使用以下條項進一步描述實施例：
1. 一種用於向一雷射腔室供應脈衝之脈衝功率電路，該脈衝功率電路包括具有一混合飽和磁芯之一電感器，該混合飽和磁芯包含：
一開關磁性材料，其經配置且經選擇以充當一磁性開關；及
一阻尼磁性材料，其經配置且經選擇以阻尼來自該雷射腔室之反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料。
2. 如條項1之脈衝功率電路，其中當該電感器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。
3. 如條項1之脈衝功率電路，其中該開關磁性材料主要在該開關磁性材料之-H
C與+H
C之間的場強之一開關範圍內作為一開關操作，其中該開關磁性材料在該開關範圍內具有一最小磁導率
µ SWITCH，且其中該阻尼磁性材料在該開關範圍內具有一最大磁導率
µ DAMPER，且其中
µ DAMPER小於
µ SWITCH。
4. 如條項2之脈衝功率電路，其中該開關磁性材料主要在該開關磁性材料之-H
C與+H
C之間的場強之一開關範圍內作為一開關操作，其中該開關磁性材料在該開關範圍內具有一最小磁導率
µ SWITCH，且其中該阻尼磁性材料在該開關範圍內具有一最大磁導率
µ DAMPER，且其中
µ DAMPER小於
µ SWITCH。
5. 如條項1之脈衝功率電路，其中該開關磁性材料具有一第一磁方形比，且該阻尼磁性材料具有小於該第一磁方形比的一第二磁方形比。
6. 如條項1之脈衝功率電路，其中開關磁性材料具有大於0.80之一磁方形比。
7. 如條項6之脈衝功率電路，其中該阻尼磁性材料具有小於0.80之一磁方形比。
8. 如請求項1之脈衝功率電路，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之在0.50%至10%範圍內之一重量百分比。9.如條項1之脈衝功率電路，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之約1%之一重量百分比。
9. 如條項1之脈衝功率電路，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之約1%之一重量百分比。
10. 一種具有一混合飽和磁芯之電感器，該混合飽和磁芯包含：
一開關磁性材料，其經配置且經選擇以充當一電磁性開關；及
一阻尼磁性材料，其經配置且經選擇以阻尼來自雷射腔室之反射而不干擾充當一磁性開關之第一磁性材料。
11. 如條項10之電感器，其中當該電感器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。
12. 如條項10之電感器，其中該開關磁性材料主要在該開關磁性材料之-H
C與+H
C之間的場強之一開關範圍內作為一開關操作，其中該開關磁性材料在該開關範圍內具有一最小磁導率
µ SWITCH，且其中該阻尼磁性材料在該開關範圍內具有一最大磁導率
µ DAMPER，且其中
µ DAMPER小於
µ SWITCH。
13. 如條項11之電感器，其中該開關磁性材料主要在該開關磁性材料之-H
C與+H
C之間的場強之一開關範圍內作為一開關操作，其中該開關磁性材料在該開關範圍內具有一最小磁導率
µ SWITCH，且其中該阻尼磁性材料在該開關範圍內具有一最大磁導率
µ DAMPER，且其中
µ DAMPER小於
µ SWITCH。
14. 如條項10之電感器，其中該開關磁性材料具有一第一磁方形比，且該阻尼磁性材料具有小於該第一磁方形比的一第二磁方形比。
15. 如條項10之電感器，其中該開關磁性材料具有大於0.8之一磁方形比。
16. 如條項10之電感器，其中該阻尼磁性材料具有小於0.8之一磁方形比。
17. 如條項10之電感器，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之在0.5%至10%範圍內之一重量百分比。
18. 如條項10之電感器，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之約1%之一重量百分比。
19. 一種電感器，其包含：
複數個第一環形元件，其以一堆疊配置，該等第一環形元件包含經配置且經選擇以充當一磁性開關之一開關磁性材料；及
至少一個第二環形元件，其以該堆疊配置，該第二環形元件包含一阻尼磁性材料，該阻尼磁性材料經配置且經選擇以阻尼脈衝能量反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料。
20. 一種電感器，其包含：
一環形物，其由捲繞成一或多個匝之一磁帶製成，該磁帶在捲繞時具有一徑向橫截面，該徑向橫截面包含：至少一個第一層，其由經選擇以充當一磁性開關之一開關材料製成；及至少一個第二層，其由經選擇以阻尼脈衝能量反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料的一阻尼材料製成。
21. 一種雷射系統，其包含：
一雷射腔室，其含有一對電極；及
一脈衝電源供應系統，其經配置以向該等電極供應脈衝，該脈衝電源供應系統包括一混合飽和芯電抗器，該混合飽和芯電抗器包含：一開關磁性材料，其經配置且經選擇以充當一磁性開關；及一阻尼磁性材料，其經配置且經選擇以阻尼來自該雷射腔室之反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料。
其他實施例及實施方式在以下申請專利範圍之範疇內。
30:高壓電源模組
31:共振充電器模組
32:整流器模組
34:壓縮頭模組
36:雷射腔室模組
50:電容器
54:充電電感
55:飽和電抗器
60:電容器
68:整流器固態開關
70:變壓器
100:數字
100:帶捲芯
110:堆疊
120:環形物
130:磁帶
135:層
137:層
145:交替層
147:交替層
150:磁帶
155:高方形材料
157:線性元件
A:虛線
B:虛線
BB:線
併入本文中且形成本說明書之部分的隨附圖式說明本發明，且連同描述進一步用於解釋本發明之原理且使熟習相關技術者能夠製造且使用本發明。
圖1為根據一實施例之一態樣的脈衝功率電路之功能方塊圖。
圖2為根據一實施例之一態樣之諸如可用於圖1之脈衝功率電路中之整流器模組之電路圖。
圖3A為捲繞環形芯之透視圖。
圖3B為沿著線BB截取之圖3A之芯之透視剖視圖。
圖3C為由環形芯元件之圓柱形堆疊構成之芯的透視圖。
圖4A為根據一實施例之一態樣之兩種材料的磁化強度曲線之圖。
圖4B為根據一實施例之一態樣之兩種材料的磁化強度曲線之另一圖。
圖5A至圖5E為根據一實施例之一態樣之混合芯的透視圖。
根據以下結合圖式所闡述之詳細描述，本發明之特徵及優點將變得更顯而易見，在該等圖式中，相同參考字元始終識別對應元件。在圖式中，相同附圖標號通常指示相同、功能上類似及/或結構上類似之元件。
30:高壓電源模組
31:共振充電器模組
32:整流器模組
50:電容器
54:充電電感
55:飽和電抗器
60:電容器
68:整流器固態開關
70:變壓器
A:虛線
B:虛線
Claims (17)
- 一種用於向一雷射腔室供應脈衝之脈衝功率電路，該脈衝功率電路包括具有一混合飽和磁芯(hybrid saturable magnetic core)之一電感器，該混合飽和磁芯包含： 一開關磁性材料，其經配置且經選擇以充當一磁性開關(magnetic switch)；及 一阻尼(damping)磁性材料，其經配置且經選擇以阻尼來自該雷射腔室之反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料， 其中當該電感器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯(hysteresis)之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。
- 如請求項1之脈衝功率電路，其中該開關磁性材料主要在該開關磁性材料之-H C與+H C之間的場強之一開關範圍內作為一開關操作，其中該開關磁性材料在該開關範圍內具有一最小磁導率 µ SWITCH，且其中該阻尼磁性材料在該開關範圍內具有一最大磁導率 µ DAMPER，且其中 µ DAMPER小於 µ SWITCH。
- 如請求項1之脈衝功率電路，其中該開關磁性材料具有一第一磁方形比，且該阻尼磁性材料具有小於該第一磁方形比的一第二磁方形比。
- 如請求項1之脈衝功率電路，其中該開關磁性材料具有大於0.80之一磁方形比。
- 如請求項4之脈衝功率電路，其中該阻尼磁性材料具有小於0.80之一磁方形比。
- 如請求項1之脈衝功率電路，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之在0.50%至10%範圍內之一重量百分比。
- 如請求項1之脈衝功率電路，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之約1%之一重量百分比。
- 一種具有一混合飽和磁芯之電感器，該混合飽和磁芯包含： 一開關磁性材料，其經配置且經選擇以充當一磁性開關；及 一阻尼磁性材料，其經配置且經選擇以阻尼來自雷射腔室之反射而不干擾充當一磁性開關之第一磁性材料， 其中當該電感器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。
- 如請求項8之電感器，其中該開關磁性材料主要在該開關磁性材料之-H C與+H C之間的場強之一開關範圍內作為一開關操作，其中該開關磁性材料在該開關範圍內具有一最小磁導率 µ SWITCH，且其中該阻尼磁性材料在該開關範圍內具有一最大磁導率 µ DAMPER，且其中 µ DAMPER小於 µ SWITCH。
- 如請求項8之電感器，其中該開關磁性材料具有一第一磁方形比，且該阻尼磁性材料具有小於該第一磁方形比的一第二磁方形比。
- 如請求項8之電感器，其中該開關磁性材料具有大於0.8之一磁方形比。
- 如請求項8之電感器，其中該阻尼磁性材料具有小於0.8之一磁方形比。
- 如請求項8之電感器，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之在0.5%至10%範圍內之一重量百分比。
- 如請求項8之電感器，其中該阻尼磁性材料佔該飽和磁芯之約1%之一重量百分比。
- 一種電感器，其包含： 複數個第一環形元件，其以一堆疊配置，該等第一環形元件包含經配置且經選擇以充當一磁性開關之一開關磁性材料；及 至少一個第二環形(toroidal)元件，其以該堆疊配置，該第二環形元件包含一阻尼磁性材料，該阻尼磁性材料經配置且經選擇以阻尼脈衝能量反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料， 其中當該電感器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。
- 一種電感器，其包含： 一環形物(toroid)，其由捲繞成一或多個匝(turns)之一磁帶(tape)製成，該磁帶在捲繞時具有一徑向橫截面，該徑向橫截面包含：至少一個第一層，其由經選擇以充當一磁性開關之一開關材料製成；及至少一個第二層，其由經選擇以阻尼脈衝能量反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料的一阻尼材料製成， 其中當該電感器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。
- 一種雷射系統，其包含： 一雷射腔室，其含有一對電極；及 一脈衝電源供應系統(pulsed power supply system)，其經配置以向該等電極供應脈衝，該脈衝電源供應系統包括一混合飽和芯電抗器，該混合飽和芯電抗器包含：一開關磁性材料，其經配置且經選擇以充當一磁性開關；及一阻尼磁性材料，其經配置且經選擇以阻尼來自該雷射腔室之反射而不干擾充當一磁性開關之該開關磁性材料， 其中當該混合飽和芯電抗器偏壓至一偏壓點時，該阻尼磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值大於該開關磁性材料在該偏壓點處之一磁滯之一量值。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202063129188P | 2020-12-22 | 2020-12-22 | |
| US63/129,188 | 2020-12-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202333002A true TW202333002A (zh) | 2023-08-16 |
| TWI821123B TWI821123B (zh) | 2023-11-01 |
Family
ID=79287666
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW112105685A TWI821123B (zh) | 2020-12-22 | 2021-12-16 | 用於向雷射腔室供應脈衝之脈衝功率電路、包含飽和磁芯之電感器、電感器及雷射系統 |
| TW110147101A TWI796877B (zh) | 2020-12-22 | 2021-12-16 | 使用混和非線性磁性材料之脈衝功率電路及包含此等磁性材料之電感器 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110147101A TWI796877B (zh) | 2020-12-22 | 2021-12-16 | 使用混和非線性磁性材料之脈衝功率電路及包含此等磁性材料之電感器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240039234A1 (zh) |
| JP (1) | JP2023554301A (zh) |
| KR (1) | KR20230124593A (zh) |
| CN (1) | CN116803006A (zh) |
| TW (2) | TWI821123B (zh) |
| WO (1) | WO2022140071A1 (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4275317A (en) * | 1979-03-23 | 1981-06-23 | Nasa | Pulse switching for high energy lasers |
| US5184085A (en) * | 1989-06-29 | 1993-02-02 | Hitachi Metals, Ltd. | High-voltage pulse generating circuit, and discharge-excited laser and accelerator containing such circuit |
| WO1996025778A1 (en) | 1995-02-17 | 1996-08-22 | Cymer Laser Technologies | Pulse power generating circuit with energy recovery |
| US6625191B2 (en) * | 1999-12-10 | 2003-09-23 | Cymer, Inc. | Very narrow band, two chamber, high rep rate gas discharge laser system |
| US7079564B2 (en) | 2001-04-09 | 2006-07-18 | Cymer, Inc. | Control system for a two chamber gas discharge laser |
| TW573389B (en) * | 2001-08-29 | 2004-01-21 | Cymer Inc | Six to ten KHz, or greater gas discharge laser system |
| US7002443B2 (en) | 2003-06-25 | 2006-02-21 | Cymer, Inc. | Method and apparatus for cooling magnetic circuit elements |
-
2021
- 2021-12-09 CN CN202180086577.7A patent/CN116803006A/zh active Pending
- 2021-12-09 KR KR1020237021147A patent/KR20230124593A/ko unknown
- 2021-12-09 JP JP2023535071A patent/JP2023554301A/ja active Pending
- 2021-12-09 US US18/268,378 patent/US20240039234A1/en active Pending
- 2021-12-09 WO PCT/US2021/062694 patent/WO2022140071A1/en active Application Filing
- 2021-12-16 TW TW112105685A patent/TWI821123B/zh active
- 2021-12-16 TW TW110147101A patent/TWI796877B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022140071A1 (en) | 2022-06-30 |
| TW202240306A (zh) | 2022-10-16 |
| CN116803006A (zh) | 2023-09-22 |
| US20240039234A1 (en) | 2024-02-01 |
| TWI796877B (zh) | 2023-03-21 |
| TWI821123B (zh) | 2023-11-01 |
| KR20230124593A (ko) | 2023-08-25 |
| JP2023554301A (ja) | 2023-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6744060B2 (en) | Pulse power system for extreme ultraviolet and x-ray sources | |
| US7180082B1 (en) | Method for plasma formation for extreme ultraviolet lithography-theta pinch | |
| US6566668B2 (en) | Plasma focus light source with tandem ellipsoidal mirror units | |
| US6586757B2 (en) | Plasma focus light source with active and buffer gas control | |
| US6066901A (en) | Modulator for generating high voltage pulses | |
| US5315611A (en) | High average power magnetic modulator for metal vapor lasers | |
| TWI821123B (zh) | 用於向雷射腔室供應脈衝之脈衝功率電路、包含飽和磁芯之電感器、電感器及雷射系統 | |
| Choi et al. | Feasibility studies of EMTP simulation for the design of the pulsed-power generator using MPC and BPFN for water treatments | |
| US7072370B2 (en) | Arrangement for generating pulsed currents with a high repetition rate and high current strength for gas discharge pumped radiation sources | |
| US5184085A (en) | High-voltage pulse generating circuit, and discharge-excited laser and accelerator containing such circuit | |
| US5443664A (en) | Surge current-suppressing circuit and magnetic device therein | |
| TWI829207B (zh) | 具有可控制反應器重設之脈衝電源系統 | |
| JP3278966B2 (ja) | 磁気スイッチの初期状態設定用直流電源 | |
| JP3605896B2 (ja) | パルス電源 | |
| Grover et al. | Active and Passive Reset Circuits for Multistage Magnetic Pulse Compression (MPC) Circuits Used in Gas Laser Applications | |
| EP0497219A2 (en) | Integrated magnetic power converter core | |
| JP3324203B2 (ja) | 複数個の可飽和リアクトルのリセット制御回路 | |
| RU2305379C1 (ru) | Генератор высоковольтных линейно нарастающих импульсов микросекундной длительности | |
| Oshima et al. | Pulsed high-current generator for EUV source development | |
| RU2187913C2 (ru) | Импульсная система питания индукционного ускорителя | |
| RU2145462C1 (ru) | Генератор импульсов, управляемый цифровым кодом | |
| McDonald | Design, control and fault protection of resonant charging circuits for high frequency laser pulse modulators | |
| McCaig | Energy relations in hard and soft magnetic materials | |
| JPH03159284A (ja) | パルス電源装置 | |
| JPH02271707A (ja) | パルス発生回路 |