专利名称：包含抗迁移介电材料的阴极封层的利记博彩app
技术领域：
本发明背景本发明涉及环形激光回旋块中离子迁移的减少。具体地，涉及通过增加在回旋块与一或多个回旋部件之间抗离子迁移的介电阻挡材料层来减少从环形激光回旋块到回旋部件或部件封层的锂离子迁移。
环形激光回旋器是由在广温度范围上抗膨胀的固体材料块构成的。诸如称作商标“Zerodur”的材料等若干种专利材料在广温度范围上呈现极佳的尺寸稳定性。发现这种稳定性与材料中存在氧化锂有关。例如，上面提到的Zerodur包含大约3.7％的氧化锂。不幸的是，在存在电场时，离子形式的锂可以是高度移动的。防止这一电场导致的锂迁移是关键的，因为这种迁移会导致有害的富锂层的形成，后者减弱部件封层并缩短回旋器寿命。
产生电场的机制如下。通过在连接到或嵌入在回旋块中的间隔开的阳极与阴极之间接入电压而激励回旋块中的导管内的激光气体。阳极是在与阴极不同的电位上并作为在回旋器工作期间与阴极一起产生电场的初级装置工作。连接在回旋块上或作为其一部分的其它金属或导电部件也可在与阴极不同的电位上。这些部件在工作期间可能成为在回旋块中产生电场的次级装置，从而也导致离子迁移。
在Zerodur的情况中，工作期间在回旋块中产生的电场在锂离子上作用力，吸引它们向阴极。另一方面，氧化物离子向具有与阴极不同电荷的阳极或其它部件迁移。从而在回旋块的工作寿命上，可观的锂离子量通过回旋块向阴极迁移。到达阴极的锂离子被那里的电子中和；从而锂聚积在阴极封层表面上。这一聚积危及阴极回旋块封层的完整性，因为富锂结构机械强度不高，并且这一材料在封层上的浓度越高封层破坏的机会越大。封层区中不理想的锂浓度使问题复杂化，它导致可能使封层区处于受力状态的热膨胀系数(CTE)的变化。
已作为环形激光回旋场中的可能问题认识锂迁移与/或掺杂，并已提出若干解决方法。在颁给vonBieren的美国专利号5，098，189中，采用气隙来中断阴极与阳极或其它带不同电荷的部件之间的直接线中的电流。这一解决方法只是稍为减少锂迁移，因为通过回旋块的电场依然存在而只是稍为延长锂迁移路径而已。至多它导致气隙表面上的空间电荷而减弱块中的电场。在颁给Canfield等人的美国专利5，432，604中，采用介电材料来封锁到回旋块中的激光通道的锂迁移，因为激光束趋向于携带锂并将其沉积在回旋器镜面上。这两个专利均未认识到通过实质性减弱出现在回旋器块中的电场能实现锂迁移的明显减少。
本发明概述本发明提供用于减少对阴极封层的回旋块中的移动离子迁移的结构与方法。具体地，本发明描述采用介入回旋块与阴极或其它部件之间的抗迁移介电阻挡材料层。这一层导致阴极与阳极或其它部件之间的大部分电压在该介电阻挡材料层中而不是在回旋块中降低。抗迁移介电阻挡材料层的使用还防止在阴极封层区中改变氧化锂浓度时会导致的封层降级，因为介电质还作为阻挡防止离子到达阴极。
附图的简要说明
图1为展示封装在环形激光回旋块上各种部件的位置的环形激光回旋块的平面图。
图2示出一旦将电压作用在现有技术环形激光回旋器的阴极上时激活的所选机构。
图3示出一旦将电压作用在包含阴极与回旋块之间的介电阻挡材料层的环形激光回旋器的阴极上时激活的所选机构。
优选实施例的说明图1示出适用于本申请人的发明的回旋器结构的一种形式。回旋块1通常是三角形的。回旋块用具有低的热膨胀系数(CTE)的玻璃或玻璃样材料诸如Zerodur等构成。低CTE是由回旋块中的氧化锂的浓度提供的。回旋块内的通道2链接回旋块中各角点上的开口。将回旋块的各角点截去以在各角点上提供反射镜部件的啮合面3、4与5。各角点上的开口(未示出)允许部件之间的光通信。回旋块1的侧面提供另外三个啮合面6、7与8。在所示的回旋器中，啮合面4与5具有与之啮合的也由Zerodur材料构成的可调的反射镜单元9与10。啮合面3具有与之啮合的也是Zerodur的读出镜11。在回旋器的侧面上，将阴极12与啮合面7啮合，并将阳极13与14分别与啮合面6与8啮合。阴极与阳极可用铝或铍型材料或任何其它适合于用作回旋器电极的材料构成。子通道(未示出)连接在回旋块的角点之间的通道2上。并将阴极与阳极互相光连接，并连接到角上的部件上。可用多种方法将部件封装到回旋器上，其中包含环氧树脂、焊接、玻璃熔接、光连接等。封装方法应防止在回旋器的寿命期间从回旋块的气体通道中逸出任何可观的量的产生激光的气体。
图2示出相对于本申请人的发明的回旋结构的关键部分的图。总地标记为20的阴极封装在回旋块22上。用数字24指示带有与阴极不同电压的阳极或其它部件。例如，反射镜通常是通过安装在反射镜上方的连接的路径长度校正机构接地的。当然，阳极是通过负载电阻接地的。回旋器安装框24也通常在或接近地电位。回旋块中的气体通道具有从阴极电压到阳极电压的电位梯度，从而也起到在回旋块中产生电场的作用。如气体通道所示，当阴极与部件简单地在不同电位上时，便形成电场；形成电场不需要将该部件接地。假定本申请的其余部分指称阳极便是指称具有不同于阴极的电位的任何部件。
当在阴极上作用电压以产生回旋块内部的气体放电(即激光束)时，阴极与阳极之间的空间便遭受电场26。由于回旋块22位于阴极与阳极之间，它遭受这一电场，如图2中所示。回旋块22中的氧化锂离解成锂离子28与氧化物离子(未示出)。只要电场存在，锂离子便趋向于向阴极漂移或迁移。
存在电场时由锂离子的移动性产生的离子电流可用回旋块材料的导电性描述。例如，对于由Zerodur制成的典型回旋块材料，在50℃电阻率ρ大约为2×1011Ω·cm，且在一些回旋器工作范围中可提高若干个数量级。50℃的使用仿真典型的回旋器烧附条件，并且也是许多回旋器的工作范围的上端。在任何情况中，通过将电阻率乘以阴极与阳极之间的距离与块中的电场的有效截面面积之比而将电阻率转换成电阻。假定5cm2有效电场截面面积及阴极与阳极之间5cm的距离，给出的电阻RB为RB=2×1011Ω·cm*(5cm/5cm2)=2×1011Ω(1-1)通过假定在正常工作期间阴极与阳极之间的电压V为400伏，电流II=V/RB=400伏/2×1011Ω=2×10-9安(1-2)沿阴极与阳极之间的路径流经任何点。这也是在阴极表面上的电流，当离子被那里的电子中和时便停留在那里。假定锂离子充有每个离子1.6×10-19库仑的电荷，则在阴极封层上每秒沉积1.25×1010个锂原子。粗略地，这在回旋器的生命周期中的阴极表面上产生下述富锂材料层(1.25×1010原子/秒)/(6.5×1014原子/厘米2)=1.9×10-15单层/秒；1.9×10-15单层/秒=6.92×10-2单层/小时；
(6.92×10-2单层/小时)*30，000小时=2077单层/生命周期；(2077单层/生命周期)*(4/单层)=8303/生命周期(1-3)假定30，000小时的回旋器生命周期。计算假定各单层阴极表面上20％的锂浓度以定义锂离子的间隔。材料的实际成分可能改变，但用来与包含介电阻挡层的回旋器进行比较，这些粗略的计算将提供数量级比较。
迁移在阴极表面上形成的富锂材料层比阴极、回旋块、或大多数典型封装材料可能明显地更脆。事实上这一材料的性质可能类似于碳酸钙(即粉笔)。这一材料导致的弱点是与这一封装区中一旦存在该层时所关联的CTE失配组合的。估计与回旋块中锂的理想浓度3.7％相当的重度迁移下封层上的锂浓度为大约20％。从而这一迁移的任何减少都会明显地改进回旋器寿命。
图3中所示的本申请人提出的系统的一个实施例增加了夹在阴极层42与回旋块44之间的具有比回旋块的电阻高得多的介电阻挡材料层40。得出的结构在回旋块与介电材料层之间定义第一啮合面41及在部件与介电材料层之间定义第二啮合面43。包含了介质阻挡材料层40，在回旋块44中仍存在电场。然而大部分电场出现在介电层中不是在回旋块中，因为介电层具有大得多的电阻。回旋块中减弱的电场减少了锂从回旋块到阴极封层的总体迁移。这一层还产生对离子的阻挡，防止它们从回旋块移出到阴极中；而是它们在介电表面上在回旋块中构成空间电荷。
电阻的实际增加量，并从而回旋块中离子迁移的减少取决于所选择的介电阻挡材料。氮化硅是用作介电阻挡材料的一种较佳材料。可根据应用阻挡材料的成本与离子电流的希望的降低之间的折衷来选择阻挡材料的厚度。假定首先是容易汽相沉积的厚度2×10-4cm、1cm2的阻挡材料截面面积及电阻率ρ，对于1×1017Ω·cm的介电材料，介电电阻RD为RD=1×1017Ω·cm*(2×10-4cm/1cm2=2×1013Ω(1-5)与式1-1比较揭示RB＜＜RD，并从而通过回旋器的电流I为I=V/(RD)=400伏/2×1011Ω=2×10-11安(1-6)这一电流得出每秒1.25×108个原子沉积在表面上，这在回旋块的整个寿命上产生(1.25×108原子/秒)/(6.5×1014原子/cm2)=1.92×10-7单层/秒；1.92×10-7单层/秒=6.92×10-4单层/小时；(6.92×10-4单层/小时)*30，000小时=21单层/生命周期；(21单层/生命周期)*(4/单层)=[83/生命周期](1-7)再一次假定30，000小时回旋器生命周期。这样薄的一层与现有技术系统的8308层相比结构弱点或热膨胀问题明显地较小。
虽然已计算出建议的介电层厚度，但根据设计制约或对离子迁移的不同影响程序，也可采用更厚或更薄的介电层。
虽然采用锂作为示例离子材料，也考虑了其它材料的迁移。甚至设想过可能存在与锂相反的电荷的离子材料。在这一情况中，离子积累将出现在阳极上而不是阴极上。然而，使用本申请人的发明不会充电。
在阴极与回旋块之间放置介电材料可用若干方法完成。如果该层是较薄的，则可用诸如汽相沉积或其它半导体处理器技术等作为沉积层构成，如果该层太厚不能沉积，则可以是焊接、铜焊、软焊或密封在阴极或/与回旋块上的材料片。最好是材料沉积，因为使用分开的材料层需要将材料密封在阴极与回旋块上。沉积层消除密封步骤之一并降低了低劣封层的危险性，因为封层的总数较少。
用作介电质的材料可以是具有比回旋块高得多的电阻及提供比回旋块对移动离子更好的阻挡的任何物质。例如，1-4微米的氮化硅层具有比回旋块大100倍的电阻并能合理地汽相沉积。氮化硅也已知是对包含锂离子迁移在内的离子迁移的优秀阻挡物。一旦事先用汽相沉积将氮化硅沉积在阴极或回旋块上，便能使用标准半导体方法将阴极封装在回旋块上。其它设想的材料包含氧化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氧化铝、石英玻璃、铝氧粉、氧化钇及金刚石。例如，在600℃上将含碱玻璃的表面暴露在硅烷与烃混合气体中产生一层具有非常低的离子传导性及保护玻璃表面不受离子扩散的碳氧化硅。这一技术描述在美国专利号5，165，972(颁给Porter)中，通过引用将其结合在此。也可能通过将一层以上介电材料用作介电层来提高离子阻挡层的效用。
到此为止，申请人已描述了阻挡层材料在阴极上的设置。事实上可将阻挡层材料附加在引起电场的阳极或其它部件上。但由于许多部件具有与阴极不同电荷，这一方法会需要实质上更多的介电层加在回旋器上。具体地，对于每一个具有与阴极不同的电位的部件需要一个介电层。
因为存在较大的介电表面面积并从而较小的总体电阻，介电层必须较厚。例如，如果只将阳极构成为带有加上介电层的，这一层必须具有只加在阴极上的介电层两倍的厚度才能将电场减弱相同的数量。
此外，一些部件是难于与阴极隔离的。例如，气体通道不能隔离。尽管有这些缺点，用户也可找出将阻挡层放在其它部件上的一些好处。
虽然申请人已描述了能用于实行申请人的发明的各种较佳技术与材料，本申请人所设想的发明应认为只受下面的权利要求的限制。
权利要求
1．一种环形激光回旋器，包含其中具有移动离子的回旋块，并且还包含至少第一与第二部件，当被不同地充电时，它们在回旋块中引起电场，该回旋器包括介电阻挡材料层，具有比回旋块大的电阻并将所述第一与第二部件中至少一个与回旋块隔离，该介电阻挡材料的特征在于其对通过其体积的移动离子的迁移的阻力。
2．权利要求1的环形激光回旋器，其中该第一部件为阴极而所述介电阻挡材料层将阴极与回旋块隔离。
3．权利要求1的环形激光回旋器，其中该第一部件为阳极或接地的部件，所述介电阻挡材料层将阳极或接地部件与回旋块隔离。
4．权利要求2的环形激光回旋器，其中所述介电阻挡材料层选自由氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氧化硅、氧化钇、氧化铝、铝氧粉、金刚石与石英玻璃组成的组。
5．一种回旋器结构，包括其中具有锂离子并定义至少第一啮合面的回旋块；位于第一啮合面上并定义第二啮合面的氮化硅层；位于所述氮化硅层上的所述第二啮合面上的阴极，在所述阴极与所述回旋块之间形成所述氮化硅层的夹层，由此所述氮化硅层减少所述回旋块中的锂离子迁移。
6．一种回旋器结构，包括其中具有锂离子并定义至少第一啮合面的回旋块；位于该第一啮合面上并定义第二啮合面的氧化钇层；位于所述氧化钇层上的所述第二啮合面上的阴极，在所述阴极与所述回旋块之间形成所述氧化钇层的夹层，由此所述氧化钇层减少所述回旋块中的锂离子迁移。
7．一种构成环形激光回旋器的方法，该回旋器包含定义第一啮合面并在其中具有移动离子的回旋块，及定义第二啮合面并封装在回旋块上的至少一第一部件，当将电场作用在回旋块中时，回旋块中的移动离子容易迁移，该方法包括下述步骤在第一或第二啮合面之一上放置一层介电阻挡材料，该介电阻挡材料具有比回旋块大的电阻，并且其特征还在于其对移动离子的迁移的阻力；将介电阻挡材料层封装在所述啮合面的另一个上，从而该介电阻挡材料层在回旋块与至少第一部件之间构成对移动离子的阻挡层。
8．权利要求7的方法，其中该介电阻挡材料层是沉积的。
9．权利要求7的方法，其中该介电阻挡材料层是用汽相沉积来沉积的。
10．权利要求7的方法，其中该介电阻挡材料层是用铜焊、焊接或软焊工艺设置在第一或第二啮合面上的。
11．权利要求7的方法，其中该第一部件包括阴极。
12．权利要求7的方法，其中所述介电阻挡材料层选自由氮化硅、氧化硅、氧化钇、氧化铝、铝氧粉、金刚石及石英玻璃组成的组。
13．一种构成包含其中具有移动锂离子的回旋块的回旋器结构的方法，包括下述步骤在回旋块的第一啮合面上汽相沉积一层氮化硅；在第二啮合面上将阴极封装到氮化硅层上，从而将氮化硅层夹在回旋块啮合面与阴极之间而减少回旋器中移动锂离子的迁移。
14．一种构成包含其中具有移动锂离子的回旋块的回旋器结构的方法，包括下述步骤在回旋块上的第一啮合面上汽相沉积一层氧化钇；在第二啮合面上将阴极封装到氧化钇层上，从而将氧化钇层夹在回旋块啮合面与阴极之间而减少回旋器中移动锂离子的迁移。
全文摘要
一种用于防止移动离子在回旋块中的迁移的装置与方法。在回旋块体与一个或多个回旋块部件之间放置一介电阻挡材料层。该介电阻挡材料层减小形成在回旋块中的电场,并从而减小其中的离子迁移。该材料阻止移动离子到达阴极封层。
文档编号H01S3/038GK1281591SQ9881195
公开日2001年1月24日 申请日期1998年11月19日 优先权日1997年12月17日
发明者卡罗尔·M·福特, 丹尼尔·W·扬纳, J·戴维·祖克 申请人:霍尼韦尔公司