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1、10申请公布号CN104056721A43申请公布日20140924CN104056721A21申请号201410172642X22申请日2010042361/214,51920090424US61/276,79220090916US61/279,78420091026US61/337,70120100211US201080028787220100423B03C3/38200601B03C3/41200601B03C3/017200601B03C3/15520060171申请人伊利诺斯工具制品有限公司地址美国伊利诺伊州72发明人彼得格夫特阿列克谢克洛奇科夫约翰E米尼尔莱尔德怀特纳尔森74专利代。
2、理机构上海脱颖律师事务所31259代理人脱颖54发明名称用于静电中和的洁净电晕气体电离57摘要通过将污染物副产物与电晕产生的离子分离的洁净电晕气体电离包括建立具有压力并流向下游方向的非电离气体流、建立离子和污染物副产物的等离子区域，在该区域中的压力比所述非电离气流的压力足够低，以防止至少很大部分的所述副产物迁移入所述非电离气流，以及对所述等离子区域施加电场使足够引起至少很大部分的所述离子迁移入所述非电离气流。30优先权数据62分案原申请数据51INTCL权利要求书2页说明书12页附图15页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书12页附图15页10申请公布号CN10。
3、4056721ACN104056721A1/2页21一种气体电离装置，用于将洁净的电离气流传送到目标，所述装置接收装置至少一股具有压力的非电离气流和足够引起电晕放电的电离电势，所述装置包括至少一个通道，用于接收所述非电离气流以及一个设置在所述通道的下游端的出口喷嘴，所述喷嘴用于将所述洁净的电离气流传送到所述目标；以及至少一个外壳组件，包括外壳，所述外壳具有与所述通道气体连通的孔，从而一部分所述非电离气流可以进入所述外壳；至少一个排出端口，所述端口提供所述外壳内并且在所述孔附近的气压，所述气压低于在所述外壳外部且在所述小孔附近的压力；以及至少一个电离电极，用于响应施加的电离电势而产生离子和副产物。
4、，所述电离电极被设置在所述外壳内使得离子可以迁移入所述非电离气流从而形成所述洁净的电离气流并且使得所述排出端口气压引起一部分的所述非电离气流流入所述外壳孔从而将副产物扫进所述排出端口。2如权利要求1所述气体电离装置，其中所述装置进一步包括至少一个非电离电极，用于叠加非电离气场，所述非电离气场引起离子迁移通过所述外壳孔并进入所述非电离气流从而形成所述洁净的电离气流。3如权利要求1所述气体电离装置，其中所述通道至少部分是由导电材料形成并且包括用于响应非电离电势的施加而叠加电场的装置。4如权利要求1所述气体电离装置，其中所述电离电势是至少等于所述电离电极的电晕阈值的射频电势，由此所述等离子区域基本上。
5、是电平衡的并且所述副产物基本上被中和。5如权利要求1所述气体电离装置，进一步包括至少一个喷射器，所述喷射器在所述外壳上游，所述喷射器具有机动连接件和排放连接件，所述机动连接件用于接收所述非电离电流，所述排放连接件用于所述非电离气流经过向下游到所述通道。6如权利要求1所述气体电离装置，其中所述电离电极包括锥形发射器，所述发射器在离子电晕放电期间产生通常为球形的等离子区域，所述发射器面向所述外壳孔并从所述外壳孔凹进一距离，所述距离大致上等于或者大于所述等离子区域的直径；所述外壳孔一般是圆形的并且具有一直径；以及所述外壳孔的直径与所述凹进距离的比值在大约05到大约20之间。7如权利要求1所述气体电离。
6、装置，其中所述电离电极包括至少一股丝线；以及所述装置进一步包括第二通道，用于接收所述非电离气流和用于将所述洁净的电离气流传送到所述目标。8如权利要求1所述气体电离装置，其中所述非电离电极是正电性气体；所述电离电势是射频电离电势；以及所述电离电极产生包括电子、正离子、负离子和副产物的等离子区域。9一种将流向下游方向的非电离气流转换成沿下游方向流向目标的洁净的电离气流的方法，包括建立包括电荷载子和污染物副产物的等离子区域；以及权利要求书CN104056721A2/2页3在引起至少很大部分的所述电荷载子从所述等离子区域迁移入所述非电离气流的同时，防止至少很大部分的所述副产物迁移入所述非电离气流，从而。
7、产生沿下游方向流向所述电荷的所述洁净的电离气流。10如权利要求9所述的方法，其中所述引起步骤进一步包括将非电离电场叠加到所述等离子区域，使足够引起很大部分的所述电荷载子迁移入所述非电离气流，而不足以引起基本上任何的所述副产物迁移入所述非电离气流。11如权利要求9所述的方法，其中所述引起步骤进一步包括将副产物排出所述等离子区域并且远离所述非电离气流而不排出很大部分的所述电荷载子远离所述非电离气流。12如权利要求9所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括在所述非电离气流内建立受保护的等离子区域使得在所述等离子区域内没有非电离气体流向下游方向。13如权利要求9所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括在所。
8、述等离子区域中建立射频电离电场从而致使所述污染物副产物在所述等离子区域中。14如权利要求9所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括在所述等离子区域中建立射频电离电场，由此所述等离子区域基本上是电平衡的并且所述污染物副产物基本上被中和。15如权利要求9所述的方法，其中所述非电离气体是从正电性气体组合物中挑选的混合气体并且所述建立步骤进一步包括建立包括电子、正离子、负离子和副产物的等离子区域。权利要求书CN104056721A1/12页4用于静电中和的洁净电晕气体电离0001本申请是申请日为2010年04月23日、申请号为2010800287872、发明名称为“用于静电中和的洁净电晕气体电离”的发明。
9、专利申请的分案申请。0002相关申请的交叉引用0003本申请根据35USC119E主张以下共同代决的美国申请的权益2009年4月24日提交的序列号为61/214,519的美国申请，并且名称为“分离电晕放电型离子发生器中的颗粒和气体离子”；2009年9月16日提交的序列号为61/276,792的美国申请，并且名称为“分离电晕放电型离子发生器中的颗粒和气体离子”；2009年10月26日提交的序列号为61/279,784的美国申请，并且名称为“用电离气流覆盖大面积”；2010年2月11日提交的序列号为61/337,701的美国申请，并且名称为“从电晕放电型离子发生器中的气体离子中分离污染物”；这些申。
10、请均通过引用整体地结合在本文中。0004发明背景00051发明领域0006本发明涉及使用电晕放电来产生气体离子的静电中和装置的领域，更具体地说，本发明是涉及产生无污染物的电离气流，用于在诸如半导体、电子元件、医药及类似工序和应用的制造过程中常见的洁净和超洁净环境中的电荷中和。00072相关领域的描述0008洁净环境中的工序和操作特别易于在所有的电绝缘表面ELECTRICALLYISOLATEDSURFACES上产生和积累静电荷。这些电荷产生不期望的电场，这些不期望的电场将大气中的悬浮粒子吸引到所述表面，在电介质中产生电应力，在半导体和导体中引起电流，以及在生产环境中引起静电放电和电磁干扰EMI。
11、。0009调控MEDIATE这些静电危害最有效的方式是为带电荷的表面提供电离气流。这种类型的气体电离允许有效地补偿或者中和不期望的电荷，并因此，减少了与这些不期望的与电荷相关的的污染、电场和电磁干扰的影响。产生气体电离的一种传统的方法被称为是电晕放电。基于电晕放电的离子发生器，例如，见已公布的专利申请US20070006478、JP2007048682可取之处在于它们在小空间里可以是高能效和高电离效率的。然而，这种电晕放电装置的一个公知的缺陷是在其中使用的高压电离电极/发射极以尖端或者细线的形式在产生想要的气体离子的同时，也产生不期望的污染物。电晕放电还可激发如在环境大气中的水汽的微小液滴的形。
12、成。0010固体污染物副产物的形成也可能是由与环境大气/气体环境中的电晕放电相关的发射极表面腐蚀和/或化学反应造成。表面腐蚀是电晕放电过程中发射极材料蚀刻或者溅射的结果。尤其是，当电晕中存在负电性气体如空气时，电晕放电产生氧化反应。结果是，产生以不期望的气体如臭氧和氮氧化物和该发射极尖端处的固体沉淀物形式的电晕副产物。出于这个原因，减少污染物颗粒释放的常规做法是使用由强耐腐蚀性材料制成的发射极。然而，这种方法也有自己的缺陷它往往需要使用与如半导体制造之类的工艺流程无关的发射极材料，如钨。在半导体晶片制造过程中被使用于中和电荷的优选的用于离子发生器的硅发射极，不具有所需的耐腐蚀性。说明书CN10。
13、4056721A2/12页50011另一种减少电晕离子发生器中发射极的侵蚀和氧化效应的传统方法是连续不断地用与主气流流向相同的洁净干燥空气CDA、氮气等气流/气流鞘SHEATH包围该发射极。这种气流鞘通常是由如已公开的日本申请JP2006236763和美国专利5,847,917中所示出和描述的高压气源提供。0012美国专利5,447,763中的硅离子发射电极和美国专利5,650,203中的硅离子发射电极公开了相关的发射极，这些专利的全部内容通过引用结合在本文中。为避免半导体晶片的氧化，制造商使用诸如氩气和氮气的正电性气体的空气ATMOSPHERE。在两种情况下，电晕电离都伴随着污染物颗粒的产生。
14、，在后一种情况下，发射极的侵蚀由于电子发射和电子轰击变得恶化。这些颗粒随同鞘气流的流动而移动并且能污染电荷中和作用的物体。因此，在这种背景下，解决一个问题的办法实际上产生另外的问题。0013各种电离设备和技术都在下述美国专利和已公开的专利申请中描述，这些专利和专利申请的全部内容通过引用结合在本文中美国专利号5,847,917，发明人SUZUKI，其申请号08/539,321，于1995年10月4日提交，于1998年12月8日授权，并且名称为“空气电离装置和方法”；美国专利号6,563,110，发明人LERI，其申请号09/563,776，于2000年5月2日提交，于2003年5月13日授权，并。
15、且名称为“管线INLINE气体离子发生器和方法”；以及公开号US2007/0006478的美国专利申请，发明人KOTSUJI，其申请号10/570085，于2004年8月24日提交，于2007年1月11日公布，并且名称为“离子发生器”。发明内容0014本发明通过提供用于从污染物副产物中分离电晕产生的离子并且用于将洁净电离气流传送到中和目标的改进的洁净的电晕放电方法和装置克服了前述的及其它相关技术的缺陷。0015本发明可以通过叠加电离和非电离电场从而产生离子和副产物并从而引起所述离子进入非电离气流并随之流向中和的目标来到达到这个结果。所述非电离电场应该足够强以便引起所述离子进入所述非电离气流从而。
16、形成电离气流，但不足够强到使基本上任何污染物副产物进入所述非电离气流。不管是否结合前述非电离电场，本发明都可以使用气压压差来从污染物如1小颗粒，2液滴和/或3某种不期望的气体，中的一种或者多种中分离所述离子。0016本发明的分离方法基于正和/或负离子一方面和污染物副产物另一方面的不同的电的或者机械的移动性。一般而言，已发现由所述电晕电极/发射极产生的污染物副产物具有比正和/或负离子低若干数量级的机械的或者电的移动性。由于这个原因，并且根据本发明，电晕产生的离子能在电场和/或气体流的影响下移动远离所述电晕电极/发射极但所述低移动性的污染物副产物将悬停或产生在所述发射极尖端附近。因此，并且根据本发。
17、明，当所述洁净的并且新的电离气流被传送到目标用于静电中和时，这些污染物副产物也可以从所述等离子区域被排出。0017更特别地，空气和其他气体离子是如此的小以至于它们的直径只有零点几纳米并且它们的质量是以原子质量单位AMU来测量。它们通常带有一个电子的电荷量。例如，氮分子具有28AMU的质量，氧分子具有32AMU的质量，而电子具有大约55E4AMU的质量。通常气体离子的电移动性在大约152CM2/VS的范围内。说明书CN104056721A3/12页60018相比之下，电晕放电污染物颗粒的直径在几十到几百纳米范围要大得多并且质量也大得多。由于颗粒的机械移动性与它们的质量和/或直径相关，颗粒的直径和。
18、质量越大，它们的移动性就越差。相比较而言，10纳米的硅颗粒具有大约70E4AMU。22纳米的空气负载颗粒具有大约00042CM2/VS的电移动性。0019已进一步发现的是只有一小部分这里讨论的这种纳米污染物颗粒能携带电荷。相比之下，气体离子通常具有至少一个元电荷的电荷。0020根据这里公开的本发明的电晕放电方法和装置，在离子发射极和非电离参比电极以下详细讨论之间有两个不同的区域0021A等离子区域，这是个很小直径大约为1毫米并且通常为球形的区域，通常以每个离子发射极尖端为中心或者在附近，在离子发射极尖端高强度的电场提供具有足够能量的电子以产生新的电子和光子，从而，来维持所述电晕放电；和0022。
19、B暗区，这是辉光等离子区域和非电离参比电极之间的离子漂移区域。0023在一种形式中，本发明包括一种方法，通过提供至少一个具有压力并流向下游方向的非电离气流的同时，在所述电离电极的等离子区域中保持较低压力的方式来分离离子和污染物颗粒。例如，这个实施例可以使用围绕所述离子漂移区域的通道，当低压发射极外壳，至少部分地设置在所述非电离气流内，实质上保护所述电离电极和其等离子区域避开所述离子漂移区域的非电离气流。导致的压差防止至少很大部分的所述污染物副产物移出所述等离子区域并进入所述非电离气流。0024另外，本发明的一些形式预想气流离子发生器在产生气体离子的同时伴有电晕副产物的移除。本发明的离子发生器可。
20、以具有至少一个通道和外壳组件。所述组件可以包括发射极外壳，用于产生包括离子和污染物副产物的等离子区域电离电势可施加在所述等离子区域上的装置。用于产生离子如发射极和其相关的等离子区域的所述装置可至少部分地设置在所述发射极外壳内并且所述外壳可具有孔以允许至少很大部分的所述离子迁移入流经离子漂移区域且在所述通道内的非电离气流主气流。等离子区域的至少一部分可以被保持在足够低的压力以防止基本上所有的所述电晕副产物迁移入所述主离子流，但不低到足以防止至少很大部分的所述气体离子迁移入所述主气体流。因此，流经所述通道的所述离子漂移区域的气体可以被转化成洁净的电离气流从而向中和目标的下游方向传送这些离子。同时，。
21、低压发射极外壳可以保护或掩护用于产生离子及其等离子区域的所述装置避开所述非电离气流的相对高压使得基本上没有污染物副产物迁移入所述主离子流。0025在一些实施例中，本发明可以采用一个或者多个与所述发射极外壳气体连通的可选的排出端口，通过这些端口污染物副产物可以被排出。0026在另一些实施例中，本发明可采用可选的与所述排出端口和压力较环境大气低的气体源气体连通的污染物副产物阱/过滤器。0027本发明的另一可选的特征包括具有与离子发生器控制系统通信连接的输出端的真空和/或低压传感器的使用。以这样的布置，所述控制系统可以用来采取各种行动以响应触发信号。例如，如果所述排出端口中的压力水平增加到预先确定的。
22、阈值水平之上，所述控制系统可以关闭所述高压电源从而防止所述通道内的气流被电晕副产物污染。0028本发明的另一个可选方面可以包括具有机动部分MOTIVESECTION的喷射器、具说明书CN104056721A4/12页7有吸入端口的膨胀室和排放部分的使用。所述室的吸入端口可以与所述污染物过滤器的出口气体连通。结果是，电晕副产物可通过所述发射极外壳的排出端口拽向所述喷射器的吸入端口。0029本发明的相关可选方面预想使用一装置，该装置用于使所气体从所述发射极外壳回流到所述喷射器的膨胀室并且用于从所有或者一些所述回流的气体中清洁电晕副产物。0030本发明的另一形式可以包括位于所述通道内或者外部的至少一。
23、个参比非电离电极从而当该电极被施加非电离电势时，电力地引起ELECTRICALLYINDUCE正和/或负离子移出所述等离子区域并进入所述主气流。本发明这种形式的单独使用，或者可以与本文中讨论的压差方法和/或装置的结合使用，都可以达到本发明的目的。0031所述通道，至少部分，可以由高阻抗材料制造，参比电极可以被置于所述通道的外部表面上。结果是，由于颗粒产生和电晕化学反应被减少，通过高压气流，在较低的电晕电流下能实现高效的离子获得和迁移。0032在本发明的另一个可选方面中，交流电压可以被施加到至少一个发射极以在所述发射极尖端附近产生双极性等离子区域，并且至少大大减少电晕生成的污染物颗粒上的电荷堆积。
24、。结果是，污染物颗粒的电移动性进一步降低，离子和电晕副产物之间的分离被加强。0033当然，上述本发明的方法尤其适合于与上述本发明的装置结合使用。类似的，本发明的装置也非常适合于执行上述本发明的方法。0034从以下优选实施例的详细描述、从权利要求以及从附图中，本发明的许多其它优势和特征对本领域普通技术人员来说将变得明显。0035附图的简要说明0036下面将参考附图描述本发明的优选实施例，附图中，同一数字代表同一步骤和/或结构，并且其中0037图1A是用于静电中和的洁净电晕气体电离的第一优选装置和方法实施例的示意图；0038图1B是用于静电中和的洁净电晕气体电离的第二优选装置和方法实施例的示意图；。
25、0039图1C是用于静电中和的洁净电晕气体电离的第三优选装置和方法实施例的示意图；0040图2A、2B、2C是用于图1A1C中任一个或多个图中所示的优选实施例中的发射极壳组件的三个可选实施例的示意图；0041图3A是如图1A和图2A中所示的具有一个通道的气体电离装置的部分截面正视图；0042图3B是采用两个通道的优选的气体电离装置的一般结构的截面立体图。0043图3C示出具有两个通道的气体电离装置的一般结构的立体图，该装置采用图3B中所示的设计；0044图3D示出图3B和3C所示的具有两个通道的气体电离装置的另一截面立体图；0045图3E示出图3A中所示的具有一个通道的气体电离装置的另一截面立。
26、体图；0046图4A、4B和图4C是呈现使用图3C中的方法和装置实施例所取得的实证检验结果说明书CN104056721A5/12页8的图表；0047图5A、5B、5C和5D是示出用于图1A1D中所描述的优选实施例中的发射极外壳和电离发射极的四个可选实施例的部分截面视图，其中每一个可选的实施例使用彼此处于各种不同位置的喷射器和发射极外壳；0048图6是图5A中发明的气体电离装置的一般结构的立体图，该装置具有两个通道和位于发射极外壳上游的喷射器；以及0049图7是根据本发明另一实施例的、具有真空传感器和控制系统的气体电离装置的示意图。具体实施方式0050图1A是本发明的第一优选方法和装置实施例的示。
27、意图。图3A和3B的截面正视图和截面立体图展现了图1A描述的本发明的各种结构细节，因此，对于这些图也作了参考。0051如前述附图中所示，本发明的管线式电离池INLINEIONIZATIONCELL100包括容纳在插座8中的至少一个发射极例如，电离电晕电极5，并且两者都位于中空的发射极外壳4内部。电极/发射极5可以由大量的已知金属材料或者包括单晶硅、多晶硅等非金属材料制成取决于其被使用于的特定应用和环境。发射极外壳4优选地位于在优选为高阻的通道2内部沿轴AA共轴，该通道2限定用于气流通过的通路。作为一种选择，通道2可主要由半导体材料或者甚至是导电材料构成，只要至少内表面是非导电的表皮或层。这些组。
28、件连同参比电极6、用于气流3的出口13和排出端口14一起用作电离池，在电离池中发生电晕放电并且电离电流流动。高压气体源图1A中未示出可提供一股洁净气体3，如CDA洁净干燥的空气或者氮气或其它正电性气体，以大约30到150升每分钟范围的大体积HIGHVOLUME通过进气端口1并进入通道2。然而，最优选的是大约40到90升每分钟范围内的速度。0052当高压电源HVPS9的交流AC电压输出超过发射极5的电晕阈值CORONATHRESHOLD通过插座8被施加到发射极端部5时，气体电离开始。如本领域所公知的，这导致在发射极端部5附近并且通常从发射极端部5发出的通常球形的等离子区域12中由交流电或者，在可。
29、选的实施例中，直流电电晕放电产生正负离子10、11。在这个实施例中，根据包括是否使用正电性非电离气体在内的各种不同的因素，电源9优选地给电极6施加具有范围从大约0到200伏的AC分量和DC分量的非电离电势。其中该非电离气体是空气，非电离电压可以在零伏以下浮动。电绝缘参比电极6优选地置于通道2的外表面周围从而在等离子区域，除形成的所述电离电场之外，呈现相对低强度非电离的电场。以这种方式，电力和固有的扩散使至少很大一部分离子10、11从等离子区域12进入离子漂移区域通过外壳4的排出孔7并且朝向参比电极6。由于接近电极6处，电场的强度是低的，离子10、11被扫进主非电离气体流3从而形成为洁净的电离气。
30、流并且通过出口管口13被引导向下游并且朝向中和目标表面或者物体T。任选地，通道2的出口管口13可以被设置成类似传统的离子传送管口。0053如图1A中所示，排出端口14可以与发射极外壳4在其一端气体连通，并且该排出端口14与真空线路18气体连通，该真空线路18被保持在比所述发射极外壳孔7附近的气压以及发射极外壳4外面的主气流3的气压都要低的气压。图1A中还示出其它可选的部说明书CN104056721A6/12页9件，如污染物副产物过滤器16和/或可调节阀17，可以位于端口14和线路18之间。可选的过滤器16可以是高效过滤器或过滤器组，如对于尺寸为10纳米以上的颗粒过滤率达到999998的管式过滤。
31、器。0054在电离池100的一个优选实施例中，发射极5或者一些其他等同的电离电极接受足够高频的高压交流电例如，射频以便导致的电晕放电产生或者建立具有正负极性的离子10、11的等离子区域。这最好基本上是电平衡的以便污染物副产物大致电荷中和并且产生ENTRAINED在该等离子区域内。在采用洁净干燥空气作为非电离气流的实施例中，由于与空气中的氧气结合，因电晕放电可暂时存在的任何电子几乎全部并且几乎瞬间失去。相反，采用正电性气体或多种正电性气体作为非电离气流如氮气的实施例能使等离子区域包括正负离子、电子和污染物副产物。0055如本领域所公知的，这种电晕放电还会导致不期望的污染物副产物15的产生。可以理。
32、解的是，如果不是因为保护性发射极外壳4，由于离子风、扩散和发射极5的端部5发出的电斥力，副产物15会连续不断地移动进入通道2的气流3中。最终，污染物副产物15会连同新产生的离子一起被扫入非电离气流3从而被引导通过管口13并朝向电荷中和目标物体T。0056由于发射极外壳4的存在和由排出端口14呈送的低气压，不管怎么样，在由发射极端部5产生的等离子区域12内和/或附近的气体流动模式防止污染物15进入气流3。特别地，图1A中所示的构造在孔7附近的非电离气流和等离子区域12外壳4内之间产生压差。因为这种压差，高速气流3的部分3A从通道2漏出，通过孔7并进入外壳4。这股气流3A产生曳力DRAGFORCE。
33、，该曳力引起几乎所有电晕产生的副产物15，从等离子区域12，进入排出端口14。所导致的携带污染物副产物15的受污染气流在所有附图中都用标号3B标注。普通技术人员将理解副产物15受到与上面所讨论的迫使离子10、11进入主气流同样的离子风、扩散和电子力。然而，本发明旨在创造条件，在该条件下，气流部分3A足够强以克服这种反向力。结果，离子10和11，以及副产物15被空气动力地和电力地分离并且以不同方向移动正负离子10、11进入非电离气流以形成朝下游流向带电物体T的电离气流。相反，副产物15被排出和/或扫向排出端口14并且，优选地，到达副产物收集器、过滤器或者阱16。0057如图1A所示，过滤器16优。
34、选地连接到可调节阀17和低压气流源或者真空线路18。这种情况下，低压气流3B连续不断地从等离子空间12携带副产物15进入排出端口14和过滤器16。一旦气流3B已经被过滤，所导致的洁净气流3C可以被排到别处或者如下面详细讨论的那样回流入气流3。用在所述各种优选实施例中的优选的过滤器为位于美国密歇根州邮编48314，斯特灵海茨市，地波罗马特街6558号的美国过滤系统有限公司制造的DIFMN50型过滤器，并且这种过滤器/阱可以被用来捕捉/收集/捕获10纳米大小的微粒污染物。0058为了从发射极外壳高效地移除电晕产生的副产物，优选地具有某个最小压力流32A/32B。尽管如此，这种压力流最好任就是足够小。
35、的以允许至少很大部分的离子10、11从等离子区域12迁移出朝向非电离参比电极6。就这一点而言，应当注意的是，如本领域所公知的，大约99的离子复合率是常见的，因此，根据上下文语境，即使少于1的离子可被认为是很大部分的离子。低压气流3A/3B优选地在大约120升每分钟范围内。最优选说明书CN104056721A7/12页10地，低压气流3A/3B应当为大约412升每分钟以便可靠地排出大范围尺寸的颗粒例如，10纳米1000纳米。0059如上面所提到的，通道2优选地由高阻抗的电绝缘材料如聚碳酸脂、牌产品、陶器或者其它这样的本领域公知的材料制成。如图1A中所示，非电离参比电极6优选地被配置为嵌入在通道2。
36、墙内的窄金属带或者环。或者，参比电极6可位于通道2的外面例如，在外表面上。无论如何，参比电极6可以被连接到所述装置图1A中未示出，见例如图7的控制系统或者参比电极6可以被连接到电源9的低电压端例如，地面。由发射极5接收的电势可以是大约3千伏到大约15千伏的范围并且通常约为9千伏。参比电极接收的电势是在大约0伏到大约200伏的范围内，通常约为30伏。0060可以注意到的是，射频电离电势优选地通过电容作用到电离电极5。类似地，参比电极/环6可以通过电容和电感以及LC电路“接地”，从该电容和电感中可取得反馈信号。这样的安排，从而，在电离电极5和非电离电极6之间具有电场。当电极间的电势差足够建立电晕放。
37、电时，电流将从发射极5流到参比电极6。由于发射极5和参比电极6都被电容隔开，相对小的直流补偿电压自动建立并且任何可能呈现的瞬态电离平衡补偿将降低到大约零伏的静止状态。0061图1B是本发明的第二优选方法和装置实施例的示意图。如使用相同标号标注所示，图1B发明的管线式电离池100在结构和功能上基本与图1A中的电离池100相同。因此，除以下即将明确讨论的不同之处外，以上电离池100的讨论也适用于电离池100。如图1B所示，发射极外壳4、插座8和排出端口14不同于电离池100的它们各自的部件。特别地，电离池100优选地预想使用排出端口14，其中用于从电源9向发射极5供应高电压的插座8通常一体地形成在。
38、该排出端口14中。此外，端口14/插座8可以采用中空管的形式，确定至少一个并且优选为多个定位孔以便它们被置于发射极外壳4内。以这种方式，低压副产物流可以经由孔A1和/或A2通过端口14排出。0062图1C是本发明的第三优选方法和装置实施例的示意图。如使用相同标号标注所示，图1C发明的管线式电离池100”在结构和功能上基本与图1A中的电离池100相同。因此，除以下即将明确讨论的不同之处外，以上电离池100的讨论也适用于电离池100”。如图1所示，通道和参比电极2/6以及输出管口13不同于电离池100的它们各自的部件。特别地，电离池100”优选地预想使用也与一体形成的参比电极起同样作用的导电沟道2。
39、/6。同样地，导电沟道2/6可以从电源9的低电压端接收工作电压。此外，输出管口13可以被配置如同具有比通道2/6更小截面的管口或者歧管。这种配置在发射极外壳4的孔7附近产生正压力，反过来使电离池100”能根据需要运行，不论排出端口14是与线路18气体连通还是仅与环境大气气体连通。在这两种情况下，端口14呈现的压力比孔7附近气压的压力低。根据这里的讨论，普通技术人员将能理解将上述电离池100的排出端口14和插座8并入到电离池100”作为其他的变型。0063现联合参考附图2A、2B和2C，将呈现几种不同的发射极外壳组件4A、4B和4C结构的更多细节。如图中所示，本发明预想优选的外壳组件在图1中示意。
40、性地表示为外壳4，发射极5，插座8和排出端口14可以采用图2A、2B和2C中所示的三种可选择的设计中的任何一个。在所有这些可选项中，中空的外壳4将优选地具有空气动力的外表面例如，诸如椭球或者球体以使在其周围以及通道2中流动的高速气流的速度下降最小化。任何或者全说明书CN104056721A108/12页11部外壳4、4和/或4”可以由绝缘材料制造并且优选地由耐等离子体PLASMARESISTIVE绝缘材料如聚碳酸脂、陶瓷、石英或者玻璃制成；在这种情况下，出口19和孔7将优选地由非导电的陶瓷制造。作为其它可选的项，一些或者全部外壳4、4和/或4”的每一个可以涂覆耐等离子体绝缘材料的表层。0064。
41、继续联合参考图2A、2B和2C，离子发射极5优选地定位为沿外壳的中心轴A，并被容纳于该外壳中从而发射极5的电晕放电端从孔7向内间隔或者，等同地说，从孔凹进距离R。所述凹进距离R越大，来自等离子区域12的污染物副产物就越容易如所期望的那样被低压气流3A扫向排出端口14、14或者14”。然而，所述凹进距离R越小，来自等离子区域12的离子就越容易如所期望的那样迁移通过孔7并进入主气流2的离子漂移区域。为寻求这些竞争考量的最优平衡，已经确定的是如果距离R被选为等于或大于在发射极端部5由电晕放电产生的等离子区域12的尺寸等离子区域通常为大约1毫米跨度就能达到最佳的离子/副产物分离。另外，优选的距离R可与。
42、圆形孔7的直径D在大约为2毫米到3毫米的范围内相当。最优选的是，D/R的比值范围可以从大约05到大约20。0065虽然电离电极5优选地被配置为带有尖端的锥形针，可以理解的是本领域所公知的很多不同的发射极配置都适合在根据本发明的电离外壳组件中使用。这些配置可以包括但不限于尖端、小直径丝WIRES、线环等等。进一步地，发射极5可以由本领域所公知的各种不同材料制成，包括金属和导电的以及半导电的非金属如硅、碳化硅、陶瓷和玻璃。0066现特别注意图2A，可以看到与尖端相对的发射极5端部优选地固定在导电插座8中。图2A中示出的发射极外壳4具有孔20，弹簧承载的连接器POGOPIN21通过孔20可与插座8电。
43、连接以便从高压电源9未在图2A、2B或2C中示出输送高电压到插座。进一步地，可以注意到的是在这个实施例中，排出端口14优选地大致在发射极5的尖端附近延伸通过外壳4。并且，虽然未示出，可以注意到的是组件4还可以包括安装插头，如下面讨论的有关图2B、2C、3A和3B中的插头23。图3A和3E示出图2A的电离外壳组件4的物理实施例如图1A所示的完整的电离池100的示意性实施例中所使用的的立体截面正视图和立体图。0067图2B和2C示出可选的外壳组件变型4和4”。在这两个实施例中，排出端口14和14”具有两个功能防止与发射极5电连接和排出来自发射极外壳的低压副产物流3B包括电晕产生的污染物。在这些实施。
44、例中，端口14和/或14可以采用与插座8电连接的中空导电管形式。端口14和/或14”也可以提供至低压源和至高压电源9的可拆卸地电连接。在图2B的情况下，电连接是由于中间导电元件22的使用而间接实现。在图2C的情况下，由于端口14”和发射极插座是一体形成的，电连接直接实现。最后，可以注意到的是，为了如图2B、2C、3A和3B各种不同展示的那样方便地安装进主通道2和/或方便地从主通道2移除，外壳组件4B和4C可以被放置在安装插头23上。从而，这种设计提供接触电离池和离子发射极的便利而便于维护和替换如果需要的话。0068联合参考图3A和3E，其中示出带有一个通道2的气体电离装置的各种物理描述。再联合。
45、参考图3B、3C和3D，其中示出带有两个通道2A和2B的气体电离装置的各种物理描述。可以注意到的是这两个实施例都是基于与上述，尤其是关于图1A所讨论的相同的原理运行，主要的不同是使用了一个还是两个通道。然而一个通道的实施例特别有利于非电离气流的自由流动，两个通道的实施例较容易制造并且成本较低。说明书CN104056721A119/12页120069图3A提供一个实施例沿第一平面截取的截面视图。图3E提供同一实施例沿垂直于第一平面的第二平面截取的截面视图。图3B提供两个通道的实施例沿第一平面截取的截面视图。图3D提供同一实施例沿垂直于第一平面的第二平面截取的截面视图。可以注意到的是通道2A在图3。
46、B中不可见，因为它所在的装置的部分被截面移除了。图3C的立体图中示出另一电离装置实施例的一般结构。如其中所示出的，该装置实施例包括图3B和3D中所描述的装置。然而，这个实施例也包括用作排出端口14的低压气流板载源ONBOARDSOURCE的喷射器26，从而无须将端口连接到任何外部的真空线路如关于上述讨论的实施例所使用的线路18。本发明的这一实施例中优选使用的喷射器为ANVERJV09系列的小型真空生成器，由位于美国马萨诸塞州邮编01749，哈德逊，怕门特路36号的ANVER公司制造并销售。如图所示出的，各种通道、端口、通路和/或孔可以由碾轧/钻孔和/或其他方式在单个电绝缘材料块B上钻孔的方式来。
47、制造，该电绝缘材料是如聚碳酸脂、牌产品、陶瓷或者其它这样的本领域公知的材料其轮廓用点线示出以方便看到它的内部。或者，材料块B可以被模塑成型或者通过其他本领域已知的方式形成。如图3C中进一步所示出的，高压非电离气体源可由进口装置24接收并且被传送到T形物25或者分支，该T形物25将该高压气流分成两部分被引导向发射极外壳4大致上与图1A中所示的布置相似的主气流，和小部分的高压气流，该小部分高压气流通过T形物25被引导到喷射器26的机动端口MOTIVEPORT27。在此实施例中，喷射器26的吸入连接件28为排出端口14提供低压气流以便经过并朝向喷射器排放连接件29的污染物副产物流3B，或者废气，可以。
48、被过滤器16拦截。在这个实施例中，从过滤器16出来的洁净气体可以被排放到环境大气或者，可选择地，回到离子发生器。洁净电离气体的主离子流从电离池流到出口管13并流到目标中和表面或者物体未示出。虽然图3C中所示出及图3C所描述的实施例对于达到预期目的来说是有效的，但它确实比图5A5D中所示以及以下详细描述的可选择的喷射器实施例需要更高的气流量。0070现在连带地转向图4A到4C，其中示出图3B、3C和3D的实施例所公开的本发明的方法及装置的测试结果。在该测试中，发明的离子发生器被安装进4英尺乘2英尺的垂直层流式微环境DOWNFLOWMINIENVIRONMENT，并且该微环境被安装进等级1000的。
49、垂直层流式清洁室。因此，背景微环境大气被双重过滤，而该测试依照ISO14644等级101微米执行。该测试的离子发生器以离子出口13面朝下的方式放置。粒子探测器或者是凝结核计数器和/或激光颗粒计数器被放置在离子出口13下方大约6英寸处，并且大约每15分钟测量10分钟的样本。带电板监视器CPM被放置在出口13下方大约12英寸处并且每15分钟测量一次平衡和放电时间。如图4A4C中所使用的，术语阱TRAP一般是指本发明的副产物分离/排出特性与别处作为术语过滤器的同义词的更为有限的意思相反。0071主要参考图4A，十纳米测试开始于对环境的背景污染物进行的检测以建立参考。这是图4A最左边的部分。在这段时间内，用于发射极的交流高压电源和非电离气流以及排出气源是关闭的电力关闭并且阱关闭。如所示出的，在这段时间内，粒子探测器实质上探测不到污染物副产物。0072对于第二时间段期间，用于发射极的高压电源和非电离气流被开启大约每分钟40升氮气及所述排出气源保持关闭电力开启并且阱关闭。这是图4A的中间部分并且在这段时间内，根据本发明，离子和污染物颗粒的分离并不发生。从而，传统的电晕放电说明书CN104056721A1210/12页13导致正负离子的产生以及通过粒子探测器探测到的大规模的如十纳米大小的污染物颗粒。0073在图4A右手边的第三。