常規(guī)短弧燈是通過經(jīng)由高壓的電離氣體（例如，氙（Xe）或汞蒸氣）傳導電力而制造電光的一類氣體放電燈。被制造的明亮白光高度模仿自然日光。氙弧燈例如在電影院內的電影放映機中、在探照燈中使用，并且在工業(yè)和研究中用于特殊用途以模擬日光。短弧燈的陽極和陰極之間的弧區(qū)如此小，使得為了許多目的，短弧燈實際上是點光源。陽極和陰極一般由鎢制造。陰極是小的和尖的，以確保它的尖端達到用于高效電子發(fā)射的高溫。陽極更厚重以經(jīng)受電子轟擊并且高效地發(fā)散產(chǎn)生的熱量。在短弧高壓Xe燈中，陰極一般由含釷鎢材料制造。該含釷鎢材料具有卓越的特性（所有氧化物的最高熔化溫度，Tmelt=3390℃，以及低功函數(shù)φ=2.5eV），這使它理想地作為這樣的短弧高壓Xe燈中的發(fā)射性摻雜物。然而，使用含釷鎢（即ThO2摻雜的材料）的一個缺點為它是發(fā)射α粒子的放射性材料。已經(jīng)做出一些嘗試以尋找在短弧高壓燈中使用的ThO2摻雜的陰極材料的非放射性取代物。例如已進行這樣的工作，使用了2%NbO和SmO摻雜的鎢材料用于UV燈。也已嘗試減少Th濃度（而不是從燈完全移除Th）的替代方法。對于焊弧，也已使用了利用La2O3摻雜、CeO2摻雜、Y2O3摻雜的鎢以及W中這三種摻雜物的各種組合的無Th陰極?，F(xiàn)有技術圖1所示示意圖中概述了焊弧情況下這些各種摻雜物的陰極發(fā)射的機制。如圖1所示，La2O3和CeO2材料兩者的熔化帶發(fā)生在陰極的圓柱形部分（距離尖端5mm或更遠）。在CeO2材料的情況下，大量的該摻雜物在達到陰極尖端之前從陰極的側面耗盡。在La2O3材料的情況下，發(fā)射性材料的熔“池”在陰極尖端附近形成。以La2O3覆蓋的表面區(qū)域對于焊弧可以是有益的，其中與陰極的擴散等離子體連接是期望的。然而在短弧高壓燈的情況下，被限制的陰極熾點弧連接是必要的以便創(chuàng)建之后可以被反射器高效地聚焦的點光源。在弧連接的此機制中，含釷鎢電極在尖端附近具有19000K的最大等離子體溫度，其比La2O3和CeO2摻雜的電極所獲得的17000K更高。這是因為，ThO2摻雜的陰極的尖端上的電流連接由于它更高的熔點被ThO2的液體區(qū)域的中央位置限制（如現(xiàn)有技術圖2所示）。然而對于La2O3和CeO2摻雜的電極來說，擴散弧連接是不可避免的，這減少了它們對于短弧燈應用的可用性。注意，此陳述只在鎢基體中均勻分布摻雜物的情況下是對的，如同樣在圖2中所示。作為在短弧燈中使用的陰極的摻雜物材料，Y2O3摻雜的鎢在陰極尖端附近具有與ThO2摻雜的鎢的熔化帶相似的熔化帶。然而，伴隨著Y2O3摻雜的材料的問題是其具有“非常低的遷移率”。這意味著，位于陰極尖端的摻雜物的補充不能足夠快速地發(fā)生，這導致尖端相比于ThO2摻雜的鎢在更高溫度下操作（即，Y2O3摻雜的鎢陰極的尖端溫度是4000K，相比之下ThO2摻雜的陰極是3600K）。本領域技術人員應理解，4000K高于鎢熔點3695K，這意味著對于常規(guī)的Y2O3摻雜的陰極，尖端將熔化，并且發(fā)射性材料的擴散將被進一步抑制（擴散主要沿著晶界發(fā)生，熔化導致晶粒的快速生長/融合）。因此，本領域中存在對于解決上述常規(guī)電極的缺陷的設備的需要。本發(fā)明的一方面利用靠近陰極尖端放置Y2O3材料以幫助克服上面提到的此低遷移率限制。本發(fā)明的另一方面利用Y2O3材料的“低汽化率”，其使得此摻雜物和摻雜方法對于短弧Xe燈的陰極可行。本發(fā)明的另一方面是，為了在陰極尖端附近引入發(fā)射性材料摻雜物而使用離子注入。任何下述材料可以單獨地或與其它下述材料組合地用作摻雜物材料：Y（或Y2O3）、Ba（或BaO）、Zr（或ZrO）、La（或La2O3）、Ce（或CeO2）。襯底陰極材料可以或者是純鎢或者是以低功函數(shù)材料摻雜的鎢，該低功函數(shù)材料例如為La2O3、CeO2、Y2O3、NbO、SmO、ZrO、BaO（或它們的組合）。就這點而言，可以采用或者傳統(tǒng)射束離子注入或者等離子體誘變離子注入（PIII或PLAD），用于在尖端表面下（和附近）制作摻雜物層。本發(fā)明的一個實施例指向一種包括陽極和陰極的放電燈。該陰極具有側面區(qū)域和具有通過離子注入誘變的發(fā)射性材料摻雜物的尖端區(qū)域。該陰極由不包括含釷鎢的材料制造。本發(fā)明的另一實施例指向用于放電設備的電極，其通過包括下述步驟的過程制備：掩蔽該電極的側壁部分但留下該電極的尖端區(qū)域不被掩蔽，以及將發(fā)射性材料摻雜物注入該電極的尖端區(qū)域。該電極由不包括含釷鎢的材料形成。本發(fā)明的另一實施例指向用于放電設備的電極，其通過包括下述步驟的過程制備：使用離子注入將發(fā)射性材料摻雜物注入電極，以及在側壁上沉積擴散勢壘以覆蓋經(jīng)注入電極的部分。該電極由不包括含釷鎢的材料形成。一般地，本發(fā)明的各種方面和實施例可以以在本發(fā)明范圍內的任何可能方式組合和耦合。視為本發(fā)明的主題在位于本說明書的結論部分的權利要求中特別地指出并且明確地要求保護。根據(jù)結合所附附圖的下述具體實施方式，本發(fā)明前述和其它的特征和優(yōu)點將是顯而易見的。圖1（現(xiàn)有技術）示出各種摻雜物的陰極示意圖。圖2（現(xiàn)有技術）示出由于它的更高熔點而被ThO2的液體區(qū)域的中央位置限制的ThO2摻雜的陰極的尖端。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的陰極。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的陰極。圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的短弧高壓燈的示意圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施例的陰極與常規(guī)陰極的光譜輸出的比較。圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施例的兩個陰極的弧連接。對于射束離子注入，注入物的穿透深度（d）由離子和目標（W）材料的質量以及由射束的能量確定，而被注入的摻雜物的濃度由注入的劑量（電流和時間）確定。如圖3所示，因為離子注入2是視線表面處理，主要關注區(qū)域是摻雜陰極1的尖端區(qū)域5。陰極1的側面區(qū)域4應該在過量摻雜物中保持純凈以阻止側面區(qū)域4上的弧連接。如圖3所示，陰極1的側面區(qū)域4在離子注入過程期間可以被掩蔽3。替代地，圖4示出在陰極1上注入一經(jīng)注入輪廓6的離子注入步驟1。步驟1之后是在該側面區(qū)域4上沉積擴散勢壘7以覆蓋經(jīng)注入輪廓6的部分。擴散勢壘7可以由例如碳化鎢、硝酸鎢、硝酸鈦、鉭、碳化鉭或可比較的高熔化溫度材料制造。這樣的高熔化溫度材料具有高于4000?F（2200℃）的熔點。替代地，沉積在經(jīng)注入陰極1之上的一層純W也可以充當擴散勢壘7。注意，圖3和4所示的陰極1可以例如是用于數(shù)字電影應用的短弧高壓Xe燈。圖5示出用于數(shù)字電影應用的短弧高壓燈9的示意圖。燈9包括相對于彼此布置、并且封閉于由石英制造的殼體中的陰極1和陽極8。其中的氣體可以或者是Xe或者是Hg/Xe。這樣的燈9在1kW到10kW之間的DC功率操作。在一個實施例中，如上面提到的，尖端區(qū)域5借助離子注入用發(fā)射性材料摻雜。優(yōu)選的發(fā)射性摻雜物是釔（Y或Y2O3）。陰極1（襯底）材料是2%Y2O3摻雜的W。離子注入例如借助具有200keV量級的離子能量、達到1x1015at/cm2的總劑量的等離子體誘變離子注入實現(xiàn)。這相當于在陰極表面處的3.6x1022Y原子/cm3的附加原子密度。為了將通過離子注入引入的過量摻雜物只保持在尖端區(qū)域5，樣本在離子注入后被滲碳。尖端區(qū)域5一般定義為陰極1的點或尖端下1-2mm。如圖4所示，尖端區(qū)域5被保留為不含擴散勢壘7（例如碳化鎢）。擴散勢壘7阻止Y從陰極1的側面區(qū)域4流失。另外，由于滲碳在升高溫度下進行，此過程通過將Y擴散到陰極1中幫助擴大釔注入層的深度。在另一實施例中，可以使用在1750℃下真空滲碳30分鐘。真空滲碳的此過程在陰極1上形成具有在～20-50um范圍內的厚度的W2C層。使用根據(jù)此實施例的陰極1的燈（例如在圖5中示出）的壽命測試在額定（100%）功率下執(zhí)行。在最大光強度點（即，弧熾點）處，在壽命測試的每20小時測量這樣的燈的光譜特性。在操作的每二十小時同樣記錄弧連接的圖像。下面的表1示出這樣的燈的輸出特性，屏幕流明、點火特性和電壓變化水平（用于測量這樣的燈內的閃爍）都與含釷陰極燈相似。陰極類型屏幕流明點火電壓閃爍（V峰-峰，V）功率，W2%-ThO2摻雜的W18900-2200025-35kV<1.2V4000滲碳的，注入Y離子的2%-Y2O3摻雜的W1971426.6kV0.3V4000非滲碳的，注入Y離子的2%-Y2O3摻雜的W1904929.8kV0.3V4000表1。表1示出包括常規(guī)含釷陰極燈（ThO2摻雜的W）和根據(jù)本發(fā)明實施例的兩個陰極類型燈的不同陰極類型燈的初始光/電氣輸出。圖6示出了相比于標準（常規(guī)）（2%含釷滲碳的陰極）燈，Y離子注入的2%-含釔（滲碳的）陰極燈的光譜輸出。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的燈的光譜特性類似于常規(guī)的含釷鎢陰極燈。注意，在光譜上沒有觀察到Y峰，并且色溫（CCT）和色坐標（x，y）接近于標準（常規(guī)）燈值。高壓短弧燈的一個特性是在貫穿操作中保持弧連接盡可能接近于點源。圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施例的注入Y的滲碳和非滲碳的2%Y2O3摻雜的陰極的弧連接。圖7示出這樣的陰極1的壽命測試的起始和終止。在此示例中，注意，陰極弧連接在貫穿壽命測試中是點源。表2示出關于滲碳和非滲碳的注入Y的Y2O3陰極的本發(fā)明兩個實施例，與其它常規(guī)的不含Th陰極材料和常規(guī)的2%含釷的W陰極之間的比較。如可以從表2看到的，與僅僅Y2O3摻雜的陰極相比，具有滲碳層的注入Y的陰極的燈的壽命表現(xiàn)出75%的增加（350小時對200小時）。相比于2%含釷燈，此具有滲碳層的注入Y陰極的燈也具有名義壽命的70%。通過改變離子注入?yún)?shù)（劑量和離子能量），可以分別調整表面附近的釔的表面濃度和含釔層的深度。這還可以改進陰極1的壽命表現(xiàn)。在本發(fā)明其它的實施例中，發(fā)射性摻雜物材料可以包括但不限于單獨使用的或與彼此組合使用的下述材料任何一種：Y（或Y2O3）、Hf（或HfO）、Ba（或BaO）、Zr（或ZrO）、La（或La2O3）、Ce（或CeO2）。在本發(fā)明的又一其它的實施例中，陰極1的體/襯底材料可以或者由純鎢或者利用下述材料摻雜的鎢制造：La2O3、CeO2、Y2O3、NbO、SmO、ZrO、BaO。在本發(fā)明另一實施例中，任何的下述技術可以用于將發(fā)射性摻雜物材料（上面已提到）注入到陰極襯底材料（上面已提到）中：離子束離子注入、等離子體誘變離子注入（PIII），等離子體摻雜（PLAD），團簇離子注入或離子束混合。而且注意，不同技術使用的離子束的最小能量是30keV，并且對于向陰極1的尖端區(qū)域5引入足夠量的摻雜物材料來說，1x1012at/cm2的最小劑量是必要的。在本發(fā)明又一實施例中，陰極1可以具有在陰極1的側面上形成的擴散勢壘7（例如，WxC、WN、TiN、Ta、TaC），以在陰極1的側面4上限制被注入的材料的釋放，以及阻止弧連接擴大和/或移動。擴散勢壘7可以借助CVD、PVD、PECVD、等離子噴涂或燒結被沉積在陰極1上。該擴散勢壘的最小厚度是在10um的量級上。在本發(fā)明的另一實施例中，陰極1可以具有借助CVD、PVD、PECVD、等離子噴涂或燒結而沉積在被注入的層之上的附加W層。此W層也可以充當擴散勢壘7以阻止陰極1的側面4上的弧連接。替代地，陰極1可以借助使用固體掩蔽的離子注入制作，以阻止或最小化在陰極1的側面4上的摻雜物注入，并且因此阻止/最小化弧連接擴大和/或移動/閃爍。上面描述的陰極1的各種實施例可以在不同短弧高壓燈中使用，該短弧高壓燈包括但不限于：用于數(shù)字電影應用的Xe和/或Xe/Hg燈，以及陶瓷Xe燈。前述具體實施方式已經(jīng)陳述了本發(fā)明可以采用的許多形式的一些。上述示例僅僅闡釋了本發(fā)明各種方面的若干可能的實施例，其中本領域其它技術人員在閱讀和理解本發(fā)明及所附加的附圖時將想到等同變形和/或修改。特別地，關于上述部件執(zhí)行的各種功能，用于描述這樣的部件的術語（包括對“構件”的引用）旨在對應于執(zhí)行所描述部件的指定功能（即，在功能上等同）的任何部件（除非以其它方式指出對應于任何部件），例如硬件或它們的組合，即使不是在結構上等同于執(zhí)行本公開內容的所闡釋實現(xiàn)方式中的功能的所公開結構。盡管本發(fā)明的具體特征可能已經(jīng)結合若干實現(xiàn)方式中的僅僅一個進行闡釋和/或描述，這樣的特征可以與其它實現(xiàn)方式的一個或多個其它特征組合，因為這對于任何給出的或具體的應用來說可能是期望的或有利的。而且，除非另作說明，單個部件或項目的引用旨在包含兩個或更多個這樣的部件或項目。同樣的，在術語“包括（including）”、“包括（includes）”、“具有（having）”、“具有（has）”、“含有”或它們的變形在具體實施方式和/或權利要求中使用的范圍而言，這樣的術語旨在以類似于術語“包含”的方式是包容性的。本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選的實施例而描述。然而，在閱讀和理解前述具體實施方式時，其他人將想到修改和變形。本發(fā)明旨在被解釋為包括所有這樣的修改和變形。旨在只由包括所有等同物的權利要求定義本發(fā)明的范圍。當前第1頁1 2 3