UV准分子放电灯,又称紫外线准分子灯,是利用在紫外线灯管外的高压、高频对灯管内的稀有气体进行轰击发出单一的172nm紫外线,光子能量达696KJ/mol,高于绝大多数有机分子键能。利用其单一的高强紫外线,可实现很好的半导体、液晶屏制造中的光清洗、光改性,处理效果好,速度快。
紫外线照射固体表面后,表面的污染物有机分子结合被强的光能切断、氧化,而后分解成氧气和氢气等易挥发性物质,挥发消失,被清洗后的表面清洁度极高,能把膜状的油污清洗到单分子层以下,水接触角可达小于等于1度。
紫外线准分子灯波长短,比低气压UV放电管具有更快的处理速度和更广泛的有机物处理对象;波长单一,波长范围窄,172正负10nm,发光效率高。红外线发生量少,温度低,对产品影响小;可瞬间点灯,省去待机准备的时间;照射的同时可进行除静电处理;放电管内不充入汞等有害物质,对环境不产生负面影响。
通过微波放电和介质阻挡放电(DBD,Dielectric Barrier Discharge)等无极放电形式可制成新型的准分子辐射光源,其工作物质为Xe2(172nm),Kr2(146nm)或Ar2(126nm),其中Xe2准分子光源的效率高,光能转换效率达50%以上。现已制成58×68cm的60瓦Xe2准分子大面积平面照明系统,尤其这种灯内无剧毒的汞元素的优点,对环境保护意义深远。已有能将172nm高效转换成可见光的荧光粉产品,并制成有实用价值的平面无汞荧光灯产品出售,如图所示,它在LCD的背景照明中已获得成功应用。可以预言,随着研究和工艺的深入,尤其是生产成本的降低,准分子光源前途被人们看好。
光源由频率为10千周、强度为25千伏/厘米的正弦波电场激励,功耗约10瓦。介质用二片厚度为0.22毫米的玻璃片。放电发射的真空紫外辐射的波长为125纳米。谱带半值宽度为10纳米。光源辐射面积为0.3×10毫米,厚度为10毫米。光源面积正好能和光谱仪的入射狭缝相匹配。这种光源有望于用作次级真空紫外标准光源。光源辐射的光谱辐亮度仅为0.2千瓦/厘米2纳米立体角。而在该波长处1千瓦微型壁稳氩弧(常见次级紫外标准光源)的光谱辐亮度仅为0.2千瓦/厘米2纳米立体角。
介质阻挡放电的准分子辐射机理可以理解如下。在介质阻挡的微放电中吗,平均能量为几个电子伏特的电子有效地激发了氩原子。这些处于激发态的氩原子与周围氩原子碰撞复合成被激发的氩准分子。这种过程通常是发生在较高气压的条件下的,所以本光源要求在气压为1大气压下工作。当被激发的准分子向下跃迁到基态时会发射波长范围较宽的紫外辐射。它会很快地分解成氩原子。因此即使在较高气压下,这种光源不会发生辐射的自然吸收现象,光效是高的。
可见介质阻挡放电准分子紫外光源结构简单,容易制造,而且具有形式多样可变,输出波长可以选择、波长覆盖面大、光效高、光谱纯等特点。可以预见这类新的紫外光源的出现和发展将促使光化学、光物理过程在高技术中得越来越多的应用。发展这种光源成为大面积照明光源也将是可能的.
准分子光源特点:
单色性好,紫外输出能量集中,紫外输出强度高,可达100mW/cm2;
非相干光有利于大面积加工;
无传统光源固有的电极腐蚀现象,使用寿命极大加长;
可随时瞬间开启熄灭,无需预热,无需快门,开关次数不影响使用寿命;
开启和运行不受周围环境温度影响;
冷光源,不产生红外输出,对被处理对象无明显加热效应;
绿色环保。制造无需用汞,无二次污染和废旧回收处理问题。
波长为172nm的准分子真空紫外光子能量高达7.2eV,足以打开大多数分子键,能实现传统低压汞灯很难或根本不能实现的光化学反应,可广泛应用于:
表面清洗。可用于晶圆和平板显示器制造的清洗过程,清洗掩摸,去除光刻胶;
表面刻蚀和改性(如聚酰亚胺,氟材料等);
低温光化学气相沉积(Photo-CVD)。如电子薄膜Ta2O5和HfO2等;
光氧化、光退火。如对电子薄膜SiO2进行处理以改善其化学计量性;
室温下光催化金属化。如在塑料表面镀金属电极;
表面活化,以增加表面张力和湿润性;
有机降解。除总有机碳(TOC)制取超纯水,分解农药残留,印染废水的光化学脱色;
推荐一款可以应用在172nm准分子紫外灯中的紫外线传感器,由工采网从国外引进的高质量紫外线传感器 - GFUV-T10GD-L,该传感器以氮化镓铝为基础的材料制成,采用Schottky-type光电二极管,具有光伏模式操作,好太阳能失明。可应用到:远紫外线监测、准分子灯监控等领域。
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