[发明专利]用于臭氧发生器的负载谐振型电源

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2006/031664，国际申请日为2006年8月14日，进入中国国家阶段的申请号为200680034651.6，名称为“用于臭氧发生器的负载谐振型电源”的发明专利申请的分案申请。

背景技术

臭氧对于需要高水平氧化的许多应用都是很有用的。例如，臭氧对于饮用水的消毒是有用的，并且早在1900年代就已经用于水处理。从更近的方面来说，臭氧已经用于半导体器件处理。臭氧在半导体器件处理中的一个应用是通过生长绝缘膜或通过在晶片上使薄膜氧化而在半导体晶片上形成绝缘层。例如，通过使用TEOS/臭氧处理可以实现高质量SiO₂的高沉积速率化学汽相沉积。

臭氧在半导体器件处理中的另一个应用是用于清洗半导体晶片以及半导体处理设备的处理容器。臭氧对于从半导体晶片和从处理容器的表面除去碳氢化合物是特别有用的。使用臭氧进行清洗是有利的，因为这避免使用需要花高价来处置的有危险性的化学物质。相反，臭氧不存在有毒废物的处置问题，因为臭氧会分解成氧而没有残余物。

发明内容

可以根据所谓的“静放电原理”从氧气来产生臭氧。例如，可以通过使高纯度的氧气暴露于放电或电通量中来产生臭氧。放电或电通量激励了氧分子，使它们分裂成它们的原子态。然后原子复合成臭氧（O₃）和氧气（O₂）的混合物。

一般使氧气通过臭氧室（cell）而产生臭氧（O₃），臭氧在臭氧室中受到放电的作用，导致氧原子分解和复合成臭氧分子。通过在臭氧室的相对立的板上施加高压AC电源而产生制造臭氧所需要的放电或电通量。从基于变压器的电源振荡器产生高压AC电源。

基于变压器的电源（振荡器）的缺点一般包括高成本、有限的可靠性以及有限的工作范围。例如，高成本一般是由于具有多个绕组和对于冷却和绝缘有特殊封装要求的高压变压器引起的。有限的可靠性一般是由于自激振荡器的布局、与封装质量有关而导致的高压电晕、以及单个源唯一部件的使用引起的。相对于调整输出电压的有限的工作范围是由于自激振荡器布局和晶体管栅极驱动的变压器反馈的使用引起的。

本发明涉及用于臭氧制造的、使用包括变压器－较低的高压功率振荡器的电源来提供功率的方法和装置。本发明的实施例可以降低成本、增加可靠性和臭氧发生器的工作范围。

一个实施例包括具有功率源和直接耦合到功率源的谐振电路的电源，功率源把第一AC电压提供给谐振电路，谐振电路提供用于臭氧发生单元的第二AC电压，第二AC电压大于第一AC电压。谐振电路响应于频率实质上接近谐振电路的谐振频率的第一AC电压把实质上的谐振电压施加于臭氧发生单元。

在一些实施例中，谐振电路可以是包括与谐振电容器串联耦合的谐振电感器的串联谐振电路。谐振电容器可以是独立的电容器、臭氧发生单元的固有电容或独立电容器和臭氧发生单元的固有电容两者的组合。谐振电路具有大于或等于10的Q-因子。在其它实施例中，谐振电路可以是包括与谐振电容器并联的谐振电感器的并联谐振电路。谐振电容器可以是独立的电容器、臭氧发生单元的固有电容或独立电容器和臭氧发生单元的固有电容两者的组合。

功率源可以是半桥式反相器、全桥式反相器和／或开关功率源。开关元件可以是MOSFET、BJT、IGBT和／或任何其它类型的开关元件。

电源还可以包括把信号提供给功率源导致功率源调制第一AC电压、导致第二AC电压具有所要求的电压幅值的控制器。可以使用脉冲宽度调制和／或频率调制来调制第一AC电压。控制器可以把信号提供给功率源使谐振电路在其最大工作谐振频率下工作。控制器可以通过对检测的输入DC电流与设置点输入电流进行比较而调谐到谐振电路的最大工作频率。在通过对检测的谐振电流与设置点谐振电流进行比较而自调谐到谐振电路的最大工作频率期间，控制器可以控制臭氧发生单元的谐振电压。

本发明的一些实施例还包括用于臭氧发生的电源。可以应用本发明的其它实施例以提供用于产生任何反应气体的电源。

本发明一些实施例的优点包括通过免除了对于变压器的需要而降低成本以及增加可靠性和臭氧发生器的工作范围。

使用高Q谐振电路（一般对于臭氧发生器为Q≥10）代替变压器意味着电路谐振频率峰较窄。由于其中心频率与电路元件有关，通常具有比谐振峰宽度要宽的容差，控制如此的电路成了一个问题。在臭氧发生器和其它应用中的谐振电源方面，控制高Q谐振电路的电路允许实现上述优点。

附图说明