СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОКОВВОДА ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ Советский патент 1974 года по МПК H01J9/32 H01J61/36 

1

Изобретение относится к технологии изготовления газоразрядиых ламп, в частности к улучшенному способу изготовления герметичного токоввода в кварцевую колбу газоразрядного источника света, предназначенного для эксплуатации -в импульсном или непрерывном режиме. Подобные источники света используются для освещеиия больших пространств, имитации солнечного излучения, а также в фотографии, стробоскопии, для оптической накачки лазеров и т. п.

Известна технология изготовления токоввода в трубчатую газоразрядную лампу, в соответствии с которой ножку лампы металлизируют, соединяют ее через промежуточный слой металла или сплава с токоподводом, нагревают это соединение до температуры, превышающей температуру плавлеиия указанного металла или сплава, и затем охлаждают.

Обшими недостатками известных способов этого типа являются малая прочность и герметичность соединения, обусловленная наличием значительных механических натяжений в слое.

По предложенному способу для повышення поочности и герметичности соединения за счет уменьшения механических натяжений в области спая, а также для повышения стойкости трковвода к воздействию увеличенных

тепловых нагрузок на предназначенную д.1я вакуумяоплотного соединения с токоподводом часть ножки кварцевой колбы газоразрядной лампы наносят слой кремния, который затем

подвергается термообработке в вакууме или в неокисляющей атмосфере при температуре, не превышаюшей точку плавления кремния с последующим соединением упомянутой ножки с токоподводом через промежуточный слой одного из элементов, выбранных из группы золота, алюминия, олова, свинца, индия или их сплавов. При этом слой кремния эпитаксиально выращивают на подогреваемой кварцевой ножке колбы, например, в процессе восстановления трихлорсилана (SinCls) водородом или путем пиролиза силана (SiH). В одном из вариантов выполнения предложенного способа слой кремния наносят на кварцевую ножку колбы испарением в вакууме.

Для иллюстрации способа на фиг. 1 дана схема реактора для эпитаксиального выращивания слоя кремния на часть боковой поверхности цилиндрической ножки колбы; на фиг. 2 - токоввод в кварцевую колбу газоразрядной лампы с частичным продольным разрезом; на фиг. 3 - структура переходных слоев вакуумплотного соединения токоввода с кварцевой ножкой колбы лампы. В трубчатом реакторе 1 размещена и закреплена при помощи держателя 2 трубчатая Заготовка 3, на боковой поверхности которой эпитаксиально выращивается кремний. Реагенты, например, трихлорсилан (SiHCb) в смеси с инертным газом - носителем, например аргоном или гелием и водородом (РЬ), поступают в реактор 1 по трубопроводу 4 через кран 5, перемешанные между собой (или раздельно) до ноступления в рабочую зону реактора, прн этом поток водорода насыш,аю1 парами трихлорсилана до заданного парциального давления. Скорость потока составляет 1,5 л/мин. В предназначенный для нанесения кремния открытый конец ножки кварцевой колбы вставляют молибденовую или графитовую пробку 6, нагреваемую токами высокой частоты при помощи индуктора 7 ВЧ-геиератора, витки которого размещены вне реактора. Таким образом поддерживается заданная температура (Т 1120°С) подложки (кварцевой трубки) в процессе химического выран1ивания кремниевого слоя. При поступлении в рабочую зону реактора водорода и кремнийсодержащего вен ества последнее восстанавливается на поверхности кварцевой трубки, поддерживаемой прп повыщенной температуре. Образующийся кремний наращивается в виде монокристальной пленки, а продукты реакции уносятся потоком через выходиой трубопровод 8 в камеру утилизации 9. Для сохранения постоянства условий наращивания кремния необходимо пoддepживaт J заданные значения температуры, скорости потока газа-носителя и градиента потока у новерхности наращивания. Слой кремния на части ножки колбы из плавленного кварцевого стекла может быть эпитаксиальио выращен также в нроцессе пиролиза силана (SiH4) либо нанесен в виде поликристаллического осадка испарением в вакууме, не хуже 10 мм рт. ст., например, по методу бестигельного испарения с индукционным нагревом. После нанесения слоя кремния ножку колбы подвергают термообработке в вакууме или в неокисляющей атмосфере при температуре, не превыщающей точку плавления кремния, нреимущественио при 1100-1200°С в течение 10- 20 мин, подсоединяя реактор, например, к вакуумиой системе 10 через кран 11. Покрытую слоем кремния толщиной 0,1 - 10 мк ножку кварцевой колбы (фиг. 2) помещают в контакт со стержневым токоподводом. включающим полый .коваровый держатель 12 электрода 13 с кольцевым выступом, диаметр которого несколько превышает внешний диаметр ножки. На выступающей части держателя 12 устанавливают коваровый или никелевый цилиндр 14 высотой 5-8 мм, образующий кольцевой зазор щириной 0,2-0,5 мм с покрытыми слоем кремния стенками ножки колбы, заполняемый подходящим металлом или сплавом. Указанный цилиндр может быть п-риварен по периферии к боковой поверхности выступа держателя при помощи точечно-контактной сварки. В качестве герметизирующего металла целесообразно иснользовать золото, алюминий, олово, свинец, индий или их снлавы. Окончательную герметизацию токоввода осуществляют в процессе индукцно ного нагрева металлической части ввОлТа в вакууме или в восстановительной атмосфере при 450- 550°С с использованием в качестве герметизирующего металла золота и при 700-800°С с использованием для герметизации алюминия. На фиг. 3 показана структура вакуумплотного соединения элементов электродного узла с ножкой колбы. При нагревании расплавленный герметизирующий металл частично или нолностью растворяет эпитаксиально выращенный кремний, граничащий через промежуточный слой моноокиси SiO2, образующейся в процессе роста пленки кремния, с плавленным кварцевым стеклом ножки колбы. В процессе охлаждения на металлизованной ножке может образоваться тонкий нереходной рекристаллизоваиный слой кремния, легированный герметизирующим металлом. Подобная структура вакуумнлотного соединения обеспечивает минимальные механические натяжения в области спая. П р е д м е т и з о б р е т е н и я 1.Способ изготовления токоввода газоразрядной лампы путем металлизации ножки колбы, соединения ее с токоподводом через промежуточный слой металла или сплава, нагревания этого соединения до температуры, превыщающей температуру плавления указанного металла или сплава, и последующего охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повыщения прочности и герметичности соединения за счет уменьшения механических натяжений в области спая, а также для повыщения стойкости токоввода к воздействию увеличенных тепловых нагрузок, на предназначенную для соединения с токонодводом часть ножки колбы наносят слой кремния и соединяют его с токонодводом через промежуточный герметизирующий слой. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой кремния энитаксиально наращивают на подогреваемую кварцевую пожку колбы восстановлением кремиийсодержащих соединений, например трихлорсилана (SiHCb), водородом или путем пиролиза силана (SiH4). 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой кремния на кварцевую ножку колбы наносят испарением в вакууме. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для образоваиия промежуточного герметизирующего слоя исиользуют золото, алюминий, олово, свинец, индий или их снлавы.

и 8

Фиг.3

1риг2