准分子激光全固态脉冲电源设计与实验研究

针对脉冲能量5～8mJ的ArF准分子激光器，设计了基于可控硅开关结合三级磁脉冲压缩开关的全固态脉冲电源，采用园产可控硅和磁开关材料，获得了上升时间约150EIS，电压10～14kV，传递能量0．35～0．68j的激励脉冲，并实现了对准分子激光器快放电激励。三级磁开关总效率35％，分析表明磁开关损耗较大主要原因为电容能量转移不充分、导线铜损及磁芯材料铁损较大，并提出了相应改进办法。

kHz准分子激光器全固态脉冲激励源

由于寿命制约,准分子激光器使用的传统放电开关闸流管不能满足准分子激光器高重复频率长期稳定工作运行的要求。设计了基于两级磁脉冲压缩技术的全固态脉冲功率模块,使用大功率半导体开关结合脉冲升压变压器产生μs级的高压脉冲,利用磁脉冲压缩技术将上升时间为μs级高压脉冲压缩至满足准分子激光器使用的上升时间为0.1μs级高压脉冲。在ArF准分子激光头上放电,获得激励脉冲的上升时间约为90ns,放电电压16.5kV,重复频率达到1kHz,两级磁脉冲压缩开关能量传递效率达59.1%。

0.73J脉冲能量KrF准分子激光器的特性

研制了一台KrF大能量准分子激光器,激光器采用紧凑型Chang电极与紫外火花预电离的结合,实现了激活区大面积的均匀辉光放电,利用LC反转倍压以及一级磁脉冲压缩技术在放电电容上实现了峰值电压40kV、脉冲上升时间约为100ns的高压快脉冲激励。研究了工作气体含量对激光器能量输出的影响,在总气压3.3×105 Pa,F2/He,Kr,Ne体积分数比值为1.97∶3.18∶94.85,充电电压27kV时,得到了738mJ的单脉冲能量输出,激光近场光斑30mm×14mm,在充电电压23kV时,全电效率最高,达到2.0%。

大能量高功率准分子激光的应用及关键技术

实用型大能量高功率准分子激光器广泛地应用于材料的加工及表面处理,介绍了其在液晶平板显示行业、太阳能光伏行业、半导体行业及汽车制造业的应用。分析了大能量高功率准分子激光器的关键技术,如大面积均匀放电技术,预电离技术,高压快脉冲激励技术以及为了得到更大的脉冲能量及功率输出而采用的双腔同步技术。

倍压磁脉冲开关在准分子激光器中的应用

本文提出了将磁脉冲压缩开关结合LC反转倍压电路应用于高重复率紧凑型准分子激光器的技术。对磁脉冲压缩开关应用的原理及结合LC倍压方法在准分子激光器高压快放电激励电路中的工作过程进行了分析 。

准分子激光器中磁脉冲压缩技术的研究

本文从实用准分子激光放电要求出发，研究了适用于准分子激光器的磁脉冲压缩器，分析了其工作过程，并对其设计构思、设计参数进行了分析和计算。

焦耳级放电激励紫外预电离HF激光器

研制了一台采用紫外火花预电离和横向放电结构的非链式电激励脉冲HF激光装置,采用氢闸流管结合一级磁脉冲压缩开关的高功率电激励系统。实验研究了激光工作介质SF6,H2不同压强比和总工作气压对激光输出能量的影响,得出了最佳气体组分,确定了最佳工作气压。总气压在8.8kPa,气体组分H2与SF6气压比为1:9时,获得最佳的激光输出,输出能量达到1.3J,激光器的光电转换效率达到2.4%。

TEA CO2激光器不同放电电路放电过程的比较

利用像增强CCD相机对脉冲CO2激光器的放电区进行观测,获得了放电辉光的发展过程,由此研究了长脉冲放电电路和短脉冲放电电路对放电过程的影响。发现普通电容放电电路(长脉冲放电电路)存在与自持放电阶段相对应的二次辉光;采用磁压缩开关的短脉冲放电电路,预电离出现较晚,但预电离辉光峰值和主放电辉光峰值之间间距较短,不存在自持放电阶段,只观测到一次强辉光。长脉冲放电电路与短脉冲放电电路在放电的后期均存在一个阴极位降区形成的过程。短脉冲放电电路有利于产生更窄的脉宽和更高的峰值功率。

磁脉冲开关在准分子激光器中的应用

本文介绍了用于准分子激光器中的磁脉冲压缩开关的原理和结构，分析了磁脉冲压缩开关在激光器激励电路中的工作过程，并且给出了实验结果。实验表明，磁脉冲庄缩开关有效地压缩电流脉冲宽度，对激励电路中的闸流管起到保护作用。

ROGOWSKI线圈在磁脉冲压缩准分子激光器中的应用

介绍了磁脉冲压缩器在准分子激光器中的基本工作原理、磁性材料的计算公式和磁脉冲压缩器的参数结构设计,给出了使用了磁脉冲压缩器的准分子激光器的放电过程,并且使用自制的ROGOWSKI线圈测量了不同放电电压时的实际放电过程中的闸流管的脉冲电流波形,还测量了不同放电回路电感Lo时的通过闸流管的脉冲电流波形和激光输出能量。在此次实验中,通过分析所得到的放电波形,磁脉冲压缩器的作用得到了证实,测量结果与原理有着很好的一致性。本实验为放电回路的优化设计提供了有效的依据。

激光二极管触发的光导开关-磁开关串联型组合开关

研究了一种新型的基于硅光导开关和磁开关串联的组合开关,相比于传统的磁开关,该开关能将数十μs的充电脉冲直接压缩到数十ns。比较了采用激光二极管触发时组合开关与单一硅光导开关的性能,结果表明,组合开关输出电流提高,前沿及脉宽均大幅减小,组合开关可以降低硅光导开关对触发光功率的需求,从而使得采用激光二极管实现硅光导开关触发成为可能。

电场调控Pt/Co∶ZnO/Nb∶SrTiO_3异质结阻变与磁性研究

利用脉冲激光沉积法在0.7%Nb∶SrTiO_3衬底上制备了Co∶ZnO薄膜,并构建了Pt/Co∶ZnO/Nb∶SrTiO_3异质结器件。该器件表现出典型的双极性阻变效应,在正、负向电压作用下,器件电阻可以在低阻态和高阻态之间变换,电阻变换比值可达到104,阻态具有一定的保持性与耐久性,同时Co∶ZnO薄膜的饱和磁化强度会产生与阻变相关联的可逆调控。结合ZnO薄膜阻变与磁性调控结果发现,氧空位在Co∶ZnO/Nb∶SrTiO_3异质结的阻变及磁性调控中具有重要作用,并采用氧空位产生与湮灭结合载流子注入-束缚/解束缚模型解释阻变与磁性调控。

准分子激光电源磁脉冲压缩开关的磁芯复位研究

为了解决高重复率下准分子激光电源磁脉冲压缩开关的磁芯复位问题,以理论分析为指导,结合磁开关工作特性,设计了一种磁芯精确复位电路,该电路可快速精确复位饱和后的磁开关。将此复位系统应用于准分子激光器脉冲电源测试其性能,复位电流在磁开关饱和后200μs内平息振荡。结果表明,这一磁芯复位系统可满足4kHz重复率下脉冲电源的复位要求。此研究对今后高重复率准分子激光电源的设计是有帮助的。

脉冲气体激光器磁压缩放电电路的仿真

为了降低用于脉冲气体激光器的全固态磁压缩放电电路的放电延时抖动,采用PSPICE软件对全固态磁压缩激励电路进行仿真分析,完成了对充电、磁开关复位以及整个放电过程的初步模拟。模拟结果显示,初始储能电容电压1V的波动会引起放电时间5ns^10ns的抖动,抖动时间随着充电电压的升高而降低;通过采用特制的两级耦合复位回路来降低放电延时抖动,该复位电路可将放电抖动从微秒量级降低到纳秒量级。结果表明,降低抖动的关键因素在于充电过程中高频交流纹波经复位电路耦合将磁芯复位到一稳定状态,使磁开关、可饱和脉冲变压器的工作状态更加稳定。建立的仿真模型,对低放电抖动的脉冲放电激励电路设计可提供参考。

100kJ级多路强电脉冲发生装置的同步精度技术研究

本文介绍了"多路强电(磁)脉冲发生装置"同步精度研究采用的每路输出"储能电容+同轴脉冲大电流火花开关放电"型高压脉冲形成电路。用同轴电缆作为传输线将工作部件连接起来,以脉冲气体激光器作为终端负载(或其他负载,如磁脉冲线圈、电水锤等)组成多路相互隔离的强电脉冲充放电路,设计采用"多路高压纳秒脉冲发生器装置"进行同步精度触发,使高功率气体激光器的放电系统同时获得多路同步输出的高强电脉冲能量进行激励放电。同步精度装置的实验研究结果表明,多路同步导通强电脉冲能量已超出100kJ级,多路触发脉冲同步精度<10ns,可为脉冲气体激光器提供更加超强激励触发能量获得高功率激光。

全固态高压脉冲电源在半导体光刻光源中的应用

简要回顾了半导体光刻的发展历程以及准分子激光作为光源在半导体光刻中的需求。简述了高压脉冲电源的基本原理及应用,介绍了全固态高压脉冲电源的结构和特点。着重阐述了全固态高压脉冲电源在光刻用准分子激光器和EUV光源中的应用。大功率半导体开关结合多级磁脉冲压缩开关的全固态脉冲电源有效替代传统基于闸流管的高压脉冲电源,实现了光刻光源高重复频率下的长寿命运行。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所近十年来,在准分子激光器的全固态高压脉冲电源研究上的相关进展。最后,对未来半导体光刻光源对全固态脉冲电源的需求进行了展望。

脉冲气体激光器用固态高压开关的研制

实验研制了基于磁脉冲压缩系统的脉冲气体激光器用固态高压开关,实验中通过调节复位电流大小,负载电阻大小等相关参数实现了磁压缩开关输出效率达到最大值。经两级磁开关压缩后脉宽约压缩为原来的5%。压缩后脉冲上升时间约为180 ns,幅值约为16 kV。其中第一级磁压缩效率为89.2%,第二级磁压缩效率达到97.7%,总的压缩效率达到87.2%。接激光器后测得输出激光脉冲能量约为20 mJ,输出激光脉冲半高宽约为85 ns。

高效率放电抽运KrF准分子激光器

248 nm放电抽运KrF准分子激光器在微电子学和医学等领域有重要的应用价值。在大多数应用中,激光器的最大输出效率和能量都是十分重要的参数。为了提高激光器输出效率和能量,实现KrF准分子激光器的稳定放电,采用新型开关电源和结构紧凑的张氏电极,并通过优化储能/放电电容比例和工作气体配比等方法,研制出了一台小型高效率放电抽运KrF准分子激光器。研究了开关电源对充放电特性的影响,以及气体配比对激光输出效率和能量的影响。该激光器的各项参数相比以往的产品有了较大改善,可重复频率为1~80 Hz,输出效率最高达2.5%,最大单脉冲输出能量380 mJ;当工作电压高于25 kV时,激光输出能量不稳定度约为1.8%。

准分子激光器中磁开关的实验研究

根据准分子激光放电要求，分析了准分子激光器中磁脉冲压缩开关的工作过程，并给出了研制的高效率的磁开关的实验结果。

脉冲磁压缩开关的实验研究

介绍准分子激光器中的脉冲磁压缩开关的设计，并研制出ＫＷ级小型磁开关，取得与理论计算较吻合的实验结果。