专利名称：产生用于气体电离的高压的装置和方法
技术领域：
本发明涉及在微型结构器件和器件组进行制造、装配和质量测试时产生用于气体电离的高压的装置，特别涉及晶片和微结构器件及器件组的制备。
在制造和处理微结构技术产品时，静电荷将会造成危害。一方面在不能进行控制的放电时结构会因电荷过载受到损坏或损伤(EOS)。只要在净化室内条件下对器件进行处理，即存在粉尘的威胁，由于库仑力静电会增大不希望出现的微粒的沉积，尤其是在生产半导体器件，制备硬盘和平面显示器时，但也包括在光学涂层时，以及在浸漆车间中静电都是不希望出现的。
为避免静电的出现，在这些生产部门的所有物品，只要可能，都由导电材料制成并对其进行有针对性的接地。但采用上述的方法并不是所有地方都适用。故有时需要高的化学阻抗，该阻抗只能由具有高的表面电阻的聚氟塑料加以实现，或者必须采用绝缘体并且常常产品本身也是高度绝缘的。但随之势必伴随充电的危险。
在这些领域静电仅能通过加入到空气中的载流子中和。空气电离器产生离子形式的空气携带的载流子。这种电离器通过将高压加在顶端棱部或线上产生气体放电。在这些气体放电区(汤森德放电)存在有被电离的空气。视高压的极性，相应极化的离子被场强由气体放电区推出并作为自由离子(主要是正的氮离子和负的氧离子)移动，被电场或气流驱动穿过空气。
对这些过程已充分已知并在文献中做了说明，有多个专利都涉及实施这种电离器(EP 0448929A1、DE 3543618A1、DE3603947A1、DE3522881C1、US4477263；PCT WO96/02966；US4872083；PCTWO92/03863；US5153811；US4542434；4117332；4956582；4809127；3711743；PCT WO87/04873等)。
现代的净化空间技术由将生产区和人员区相互分隔开的大厅型净化空间开始，已发展成净化空间技术罩盖的机器和小型生产区(SMIF技术、300毫米基片工艺、微型环境)。与已有技术相符的电离器为产生高压需要变压器或所谓的级联电路。这些系统所占空间较大。故要将这些系统安装在小型的净化空间(微型环境)内，由于狭窄是不可能的或是很困难的。如果将电压源安装在一起，则会丧失许多空间，如果将电压源安装在微型环境之外，则必须敷设高压电缆，而这些高压电缆有风险或安全问题。故存在有带有安装在一起的高压源的小型及微型化的电离系统的需求。
美国专利US4,620,262公开了一种热电能转换装置，其不需要通过机械运动，可以使热能有效地转化为电能。
另一个不足是，通常的电离器由于其结构方式将产生延伸较远(几十厘米)的高变电场或恒电场，该电场由于待中和场中的感应将导致所不希望出现的电位及电荷位移。故存在着对带有尽可能小的杂散场的电离器的需求。
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种在微型结构器件和器件组的生产、装配及质量测试过程中产生用于气体电离的高压的装置，特别涉及晶片和微电子元件的生产，其使一个小型或微型电离系统能直接地装备有一个高压源，且杂散场极小。
根据本发明的目的由所附的独立权利要求实现。本发明的其它方面由从属权利要求体现。
利用具有尽可能大的热电效率的晶体产生的电效应以产生高压。
借助附图由以下的实施例说明本发明。
图1为电离装置结构示意图；图2为图1所示电离装置的绝缘。
在图1中，是一种电离装置简化图。
所述电离装置以“帕尔帖”效应为基础通过加热元件和冷却元件的连接可以产生高电位(达1000伏)，其中有正掺杂的半导体(图1-1A)和负掺杂的半导体(图1-1C)及一根导线(图1-1B)，以及具有高热电常数的热电材料(图1-2)，例如铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)或甚至聚氟碳氢化合物。
帕尔帖元件冷却或加热热电材料，热电材料的外表面由于内部的电荷位移被极化。如果将两个极化面中的八个接地，则在另一极化面上就会获得高的电压，该电压的高度和极性取决于温度。如果将该电压加在由作为高压侧的由尖端(图1-3)，棱或线和紧贴前者设置的接地反电极构成的电极系统上，则在高压电极上就会产生离子，并且由于在高压电极与接地反向电极间的几何尺寸很小，因而产生的不希望出现的干扰电场很小，并且延伸入空间的距离也很短。
通过改变帕尔帖元件(图1-5)上的电源电压的极性，热电晶体分别被冷却或加热并因此交变产生正离子和负离子。由于晶体是一个电绝缘体并且两个极化表面可被视为电容器，通过在忽略不计内部电阻的情况下一次近似的自动调整产生的总量相同的正离子及负离子。该自动调整符合对均衡的产生离子以避免单极性空间电荷的要求。技术有效的帕尔帖元件的电源电压为几伏(0.2～10伏)。与此相关的布线可非常好地与现代净化空间技术协调一致。
采用单晶，优选采用钽酸锂，其规格为5mm×5mm×0.5mm可以产生充足的载流子，以便实现对静电荷技术有效的中和时间(＜20秒)。因而在小于一立方厘米的容积内就可以安装整套的带高压源和电极系统的电离器。
本发明由于尺寸小并且干扰场弱，因而很适于安装在微型环境内。
图2示出了根据图1的装置中引入了电介质6，如果将这种成套的电离单元镶入电介质中(图2-6)，则该单元易于清洗，并且甚至也可以在侵蚀介质中应用，这对于半导体加工技术的一些领域是有益的。
权利要求
1．用于产生气体离子的装置，由离子发射电极、反电极和高压发生器构成，其特征在于通过对热电材料的加热和冷却产生高压。
2．用于产生气体离子的装置，由离子发射电极、反电极和高压发生器构成，其特征在于电极直接与高压发生器连接。
3．按照权利要求1和2的用于产生气体离子的装置，其特征在于采用帕尔帖元件对热电材料进行加热和冷却。
4．按照权利要求1和2的用于产生气体离子的装置，其特征在于采用加热电阻进行加热并通过在气体中的对流或在固体上的导热进行冷却。
5．按照权利要求3的用于产生气体离子的装置，其特征在于通过流经帕尔帖元件的电流内极性周期的变换实现周期的加热和冷却，从而实现发射电极极性和离子极性的相同周期的变换。
6．按照权利要求1至5的用于产生气体离子的装置，其特征在于发射电极具有尖端或棱。
7．按照权利要求1至6的用于产生气体离子的装置，其特征在于电极全部镶入电介质中。
8．按照权利要求1至7的用于产生气体离子的装置，其特征在于周期地采用对应极的发射电极作为反电极。
9．按照权利要求1至8的用于产生气体离子的装置，其特征在于反极性的帕尔帖元件并联或串联。
10．按照权利要求1至9的用于产生气体离子的装置，其特征在于为对发射出的离子量进行调整改变温度变化。
11．按照权利要求1至10的用于产生气体离子的装置，其特征在于为对发射出的离子量进行调整改变反电极的偏压。
全文摘要
本发明的装置涉及一种高压发生器,该高压发生器由帕尔帖加热和冷却元件组(1a－c)和一具有热电特性的基体(2)构成,还涉及一种相应的电极配置(3和4)。通过改变帕尔帖元件上的电流强度和/或电流方向在元件的一侧上产生温度变化。该温度变化被传递到热工耦合的热电基体上。从而在基体的两个相对面上产生电位差。在这两个面上安装有由非绝缘材料构成的相应的电极。
文档编号H01J27/02GK1226128SQ9812016
公开日1999年8月18日 申请日期1998年10月13日 优先权日1997年10月14日
发明者托马斯·西博尔德 申请人:托马斯·西博尔德