本申请要求于2015年12月30日提交的题为“Lamp Electrode Tip for a Millisecond Anneal System”的美国临时申请第62/272,921号的优先权的权益。
技术领域
本公开内容总体上涉及例如在用于处理基底的毫秒退火热处理室中使用的弧光灯。
背景技术：
毫秒退火系统可以用于半导体加工以用于基底(substrate)例如硅晶片的超快速热处理。在半导体加工中，快速热处理可以用作退火步骤以修复注入损伤、改善沉积层的质量、改善层界面的质量、激活掺杂剂以及实现其他目的，同时控制掺杂物质的扩散。
可以使用强烈且短暂的曝光来以能够超过每秒104℃的速率对基底的整个顶表面进行加热来实现半导体基底的毫秒级或超快速温度处理。基底的仅一个表面的快速加热可以产生贯穿基底的厚度的大温度梯度，而基底的大部分保持曝光之前的温度。因此基底的大部分用作散热器，从而产生顶表面的快速冷却速率。
技术实现要素：
本公开内容的实施方式的各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者其可以从该描述中了解到，或者其可以通过对实施方式的实践来了解到。
本公开内容的一个示例方面涉及一种毫秒退火系统。该系统可以包括用于使用毫秒退火工艺来对半导体基底进行热处理的处理室。该系统可以包括一个或更多个弧光灯热源。一个或更多个弧光灯热源中的每一个可以包括用于通过弧光灯中的气体产生电弧以产生等离子体的多个电极。多个电极中的至少一个具有下述电极端头(electrode tip)(例如，由钨形成)：该电极端头具有带有至少一个槽的表面以减弱熔化的材料跨电极端头的表面的横向输移。
本公开内容的另一示例方面涉及弧光灯。弧光灯可以包括多个电极以及一个或更多个入口，所述一个或更多个入口被配置成接收在操作期间要循环通过弧光灯的水。一个或更多个入口可以被配置成接收气体。在弧光灯的操作期间，气体可以在多个电极之间的电弧放电期间被转换成等离子体。多个电极中的至少一个电极可以具有电极端头。电极端头可以具有带有至少一个槽的表面以减弱熔化的材料跨电极端头的表面的横向输移。
本公开内容的另一示例方面涉及弧光灯。弧光灯可以包括多个电极以及一个或更多个入口，所述一个或更多个入口被配置成接收在操作期间要循环通过弧光灯的水。一个或更多个入口可以被配置成接收气体。在弧光灯的操作期间，气体可以在多个电极之间的电弧放电期间被转换成等离子体。多个电极中的至少一个电极可以具有电极端头和散热器。电极可以具有在电极端头与散热器之间的凹状的或凸状的界面。
可以对本公开内容的示例方面进行改变和修改。本公开内容的其他示例方面涉及用于热处理半导体基底的系统、方法、设备和处理。
参考以下描述和所附权利要求，各种实施方式的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图示出了本公开内容的实施方式，并且与说明书一起用于说明相关原理。
附图说明
在说明书中参考附图阐述了针对本领域普通技术人员的实施方式的详细讨论，在附图中：
图1描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒加热概况；
图2描绘了用于根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统的示例温度测量系统；
图3描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒退火系统的一部分的示例透视图；
图4描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒退火系统的分解图；
图5描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒退火系统的截面图；
图6描绘了在根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统中使用的示例灯；
图7描绘了在根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统的晶片平面板(wafer plane plate)中使用的示例边缘反射器；
图8描绘了可以在根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统中使用的示例楔形反射器；
图9描绘了可以在根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统中使用的示例弧光灯；
图10至图11描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例弧光灯的操作；
图12描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例电极的截面图；
图13描绘了用于向根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统中使用的示例弧光灯供应水和氩气的示例闭合回路系统；
图14描绘了根据本公开内容的示例实施方式的弧光灯中的示例电极端头的正视图；
图15描绘了根据本公开内容的示例实施方式的电极端头的表面；
图16描绘了根据本公开内容的示例实施方式的电极端头的表面；
图17描绘了根据本公开内容的示例实施方式的电极端头的表面；
图18描绘了根据本公开内容的示例实施方式的电极端头的表面；以及
图19(a)至图19(d)描绘了根据本公开内容的示例实施方式的弧光灯的电极中的钨-铜界面的影响电极的横向温度分布的示例形状。
具体实施方式
现在将详细参考实施方式，在附图中示出了实施方式的一个或更多个示例。提供每个示例作为对实施方式的说明而不是对本公开内容的限制。事实上，对于本领域技术人员将明显的是，在不偏离本公开内容的范围或精神的情况下可以对实施方式进行各种修改和改变。例如，被示出或描述为一个实施方式的一部分的特征可以与另一实施方式一起使用以产生又一实施方式。因此，意在本公开内容的各方面涵盖这样的修改和改变。
概述
本公开内容的示例方面涉及延长弧光灯的寿命，特别是延长例如在毫秒退火系统中使用的弧光灯的阳极电极的寿命。出于说明和讨论的目的，将参考与毫秒退火系统结合使用的弧光灯来讨论本公开内容的各方面。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，本公开内容的各方面可以与弧光灯一起用在其他应用中，例如用于处理金属(例如，熔化钢的表面)以及其他应用。
另外，出于说明和讨论的目的，相对于“晶片”或半导体晶片来讨论本公开内容的各方面。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，本公开内容的示例方面可以与任何半导体基底或其他合适的基底相关联地使用。术语“约”与数值结合使用意在指在所述数值的10％以内。
可以使用强烈且短暂的曝光(例如，“闪光”)来以能够超过每秒104℃的速率对晶片的整个顶表面进行加热来实现半导体晶片的毫秒或超快速热处理。典型的热处理周期可以包括：(a)将冷半导体基底加载到处理室中；(b)使用例如氮气(大气压下)净化处理室；(c)将半导体基底加热至中间温度Ti；(d)通过对半导体基底的上表面的闪光曝光来进行毫秒加热，同时晶片的大部分保持在Ti处；(e)通过半导体基底的顶表面的传导冷却进行快速冷却，其中，半导体基底的大部分是导热地耦接的散热器；(f)通过热辐射和对流使半导体基底的大部分缓慢冷却，其中，在大气压下的处理气体作为冷却剂；以及(g)将半导体基底运送回盒子。
如下面详细讨论的，弧光灯可以用于将半导体基底加热到至中间温度Ti并且通过闪光提供毫秒加热。位于毫秒退火处理室底部侧的连续模式弧光灯可以用于将半导体基底加热至中间温度Ti。位于毫秒退火处理室顶部侧的闪光弧光灯可以提供对半导体基底的闪光加热。
在一些实施方式中，连续模式灯例如闪光弧光灯可以是明流弧光灯(open flow arc lamp)，在明流弧光灯中，加压的氩气在电弧放电期间被转换成高压氩等离子体。电弧放电发生在带负电的阴极与间隔开约300mm的带正电的阳极之间。一旦电极之间的电压达到氩气的击穿电压(例如，约30kV)，则形成发射在光谱的可见光范围和UV范围内的光的稳定的低电感氩等离子体。
通过控制通过电弧的电流来控制灯辐射的光能量的量。为了维持电弧，灯可以在具有约20A的电流和约3.8kW的相应电功率的空闲模式下进行操作。为了提供光，灯电流可以增加至约500A(约175kW的电功率)。约50％的电功率被转换成光。在晶片的热处理期间，灯电流可以在空闲状况与高电流状况之间变化。在晶片运送和冷却期间，灯处于空闲模式。
在弧光灯中，等离子体可以被包含在石英管壳体内，石英管壳体通过水壁从内部进行水冷却。水壁以高流速被在灯的阴极端注入并且在阳极端排出。这同样适用于氩气，氩气也在阴极侧进入灯并且从阳极侧排出。形成水壁的水垂直于灯轴线被注入使得离心作用产生水涡流。因此，沿着灯的中心线形成了用于氩气的通道。氩气柱沿与水壁相同的方向旋转。一旦已经形成等离子体，则水壁保护石英管并且将等离子体限制到中心轴线。只有水壁和电极与高能等离子体直接接触。
由于电极经受高热负荷，所以端头由钨制成，端头被熔合至水冷铜散热器。铜散热器构成电极的内部冷却系统的一部分，另一部分位于电极的黄铜基座中。图12描绘了根据本公开内容的示例实施方式的用于冷却弧光灯的阳极电极的示例冷却系统。在一些实施方式中，用于阳极电极的冷却系统中的水冷却通道可以是圆形的或截面是圆滑的以利于来自阳极的表面的蒸气泡的传输。
在高电流(例如，大于约300A)处，难以避免电极的钨端头的顶层的熔化。阳极电极的钨端头可以暴露于高能、高温、高压等离子体。端头达到钨的熔化温度(例如，约3422℃)，而与铜散热器的界面处于约150℃。因此，贯穿钨端头的厚度会存在很大的热梯度。
同时，跨端头的表面也会存在横向温度梯度。钨的熔化首先发生在中心区域并且沿端头的周边发生在边缘区域。作用在端头上的氩气的高速度对在中心形成的熔化的钨施加横向力。熔化的钨被作为液滴输移至边缘，并且中心变薄。在边缘周边处，由于接触角度的突然增加(例如，大于约180°)，液滴被止住。
在空闲模式阶段期间，熔化的钨凝固，并且形成了珠粒。在边缘处形成大尺寸珠粒通常会干扰阳极周围的气体流动和水流动，增加磨损率。对于每个热处理周期，钨珠经历熔化和凝固。大液滴以较小液滴为代价而增大。高速气流对大液滴施加较大的力，增加了被输移至边缘的材料的量。因此，随着时间的推移，促进了中心变薄以及边缘上形成大珠粒。
图14描绘了对电极端头232的发生熔化的两个区域的说明。熔化首先发生在中心区域302处。如右边的图像所示，高气体流速对在端头的中心中形成的熔化的钨施加横向力，导致熔化的材料如图14中的箭头所指示的被输移至边缘304。
根据本公开内容的示例实施方式，修改电极端头的表面的几何形状以减弱熔化的钨向侧向边缘的输移。更具体地，电极端头的表面可以具有一个或更多个槽以防止熔化的材料的横向输移。
例如，在一个示例实施方式中，毫秒退火系统可以包括用于使用毫秒退火工艺来对半导体基底进行热处理的处理室。该系统可以包括一个或更多个弧光灯热源。一个或更多个弧光灯热源中的每一个可以包括用于通过弧光灯中的气体产生电弧以产生等离子体的多个电极。多个电极中的至少一个具有下述电极端头(例如，由钨形成)，该电极端头具有带有至少一个槽的表面以减弱熔化的材料跨电极端头的表面的横向输移。
在一些实施方式中，至少一个槽具有被构造成用作障碍以减弱熔化的材料跨电极端头的表面的横向输移的边缘。在一些实施方式中，至少一个槽包括圆形槽。在一些实施方式中，至少一个槽包括多个同心圆形槽。在一些实施方式中，至少一个槽包括多个相交的线性槽。相交的线性槽可以形成方形网格图案。相交的线性槽可以形成三角形网格图案。
在一些实施方式中，电极具有在电极端头(例如，钨电极端头)与散热器(例如，铜散热器)之间的界面。在一些实施方式中，界面可以具有凹形形状。在一些实施方式中界面可以具有凸形形状。
本公开内容的另一示例方面涉及弧光灯。弧光灯可以包括多个电极以及一个或更多个入口，所述一个或更多个入口被配置成接收在操作期间要循环通过弧光灯的水。一个或更多个入口可以被配置成接收气体。在弧光灯的操作期间，气体可以在多个电极之间的电弧放电期间被转换成等离子体。多个电极中的至少一个电极可以具有电极端头。电极端头可以具有带有至少一个槽的表面以减弱熔化的材料跨电极端头的表面的横向输移。
在一些实施方式中，至少一个槽具有被构造成用作障碍以减弱熔化的材料跨电极端头的表面的横向输移的边缘。在一些实施方式中，至少一个槽包括圆形槽。在一些实施方式中，至少一个槽包括多个同心圆形槽。在一些实施方式中，至少一个槽包括多个相交的线性槽。相交的线性槽可以形成方形网格图案。相交的线性槽可以形成三角形网格图案。
在一些实施方式中，电极具有在电极端头(例如，钨电极端头)与散热器(例如，铜散热器)之间的界面。在一些实施方式中界面可以具有凹形形状。在一些实施方式中界面可以具有凸形形状。
本公开内容的另一示例方面涉及弧光灯。弧光灯可以包括多个电极以及一个或更多个入口，所述一个或更多个入口被配置成接收在操作期间要循环通过弧光灯的水。一个或更多个入口可以被配置成接收气体。在弧光灯的操作期间，气体可以在多个电极之间的电弧放电期间被转换成等离子体。多个电极中的至少一个电极可以具有电极端头和散热器。电极可以具有在电极端头与散热器之间的凹状的或凸状的界面。
在一些实施方式中，界面可以是带有面的凹状界面(faceted concave interface)。在一些实施方式中，界面可以是圆滑的凹状界面。在一些实施方式中，界面可以是带有面的凸状界面。在一些实施方式中，界面可以是带有面的凹状界面。在一些实施方式中，电极端头包括钨，并且散热器包括铜。
示例毫秒退火系统
示例毫秒退火系统可以被配置成提供强烈且短暂的曝光来以能够超过例如约104℃/s的速率加热晶片的顶表面。图1描绘了使用毫秒退火系统实现的半导体基底的示例温度概况100。如图1所示，半导体基底(例如硅晶片)的大部分在斜坡阶段(ramp phase)102期间被加热至中间温度Ti。中间温度可以在约450℃至约900℃的范围内。当达到中间温度Ti时，半导体基底的顶面可以暴露于非常短暂且强烈的闪光，产生最高达约104℃/s的加热速率。窗口110示出了半导体基底在短暂且强烈的闪光期间的温度概况。曲线112表示在闪光曝光期间半导体基底的顶表面的快速加热。曲线116描绘了在闪光曝光期间半导体基底的其余部分或大部分的温度。曲线114表示通过半导体基底的大部分用作散热器进行的半导体基底的顶表面的传导冷却的快速冷却。半导体基底的大部分用作散热器，从而针对基底产生高的顶面冷却速率。曲线104表示半导体基底的大部分通过热辐射和对流的缓慢冷却，其中，处理气体用作冷却剂。
示例毫秒退火系统可以包括多个弧光灯(例如，四个氩弧灯)作为半导体基底的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”——的光源。当基底已经被加热至中间温度(例如，约450℃至约900℃)时，闪光可以被应用于半导体基底。可以使用多个连续模式弧光灯(例如，两个氩弧灯)来将半导体基底加热至中间温度。在一些实施方式中，可以通过半导体基底的底表面以加热晶片的整个大部分的斜坡速率来实现将半导体基底加热至中间温度。
图2至图5描绘了根据本公开内容的示例实施方式的示例毫秒退火系统80的各个方面。如图2至图4所示，毫秒退火系统80可以包括处理室200。处理室200可以被晶片平面板210划分成顶室202和底室204。半导体基底60(例如硅晶片)可以由安装至晶片支撑板214(例如，插入到晶片平面板210中的石英玻璃板)的支撑销212(例如石英支撑销)支撑。
如图2和图4所示，毫秒退火系统80可以包括接近顶室202布置的多个弧光灯220(例如，四个氩弧灯)，作为半导体基底60的顶表面的强毫秒长曝光——所谓的“闪光”——的光源。当基底已经被加热至中间温度(例如，约450℃至约900℃)时，闪光可以被应用于半导体基底。
可以使用接近底室204定位的多个连续模式弧光灯240(例如，两个氩弧灯)来将半导体基底60加热至中间温度。在一些实施方式中，从底室204通过半导体基底的底表面以加热半导体基底60的整个大部分的斜坡速率来实现将半导体基底60加热至中间温度。
如图3所示，来自底部弧光灯240(例如，用于将半导体基底加热至中间温度)和来自顶部弧光灯220(例如，用于通过闪光提供毫秒加热)的加热半导体基底60的光可以通过水窗260(例如水冷石英玻璃窗)进入处理室200。在一些实施方式中，水窗260可以包括两个石英玻璃板的夹层，其中约4mm厚的水层在所述两个石英玻璃板之间循环以冷却石英板并且提供针对波长例如针对大于1400nm的波长的滤光器。
如在图3中进一步示出的，处理室壁250可以包括用于反射加热光的反射镜270。反射镜270可以是例如水冷抛光铝板。在一些实施方式中，在毫秒退火系统中使用的弧光灯的主体可以包括用于灯辐射的反射器。例如，图5描绘了可以在毫秒退火系统200中使用的顶部灯阵列220和底部灯阵列240二者的透视图。如图所示，每个灯阵列220和240的主体可以包括用于反射加热光的反射器262。这些反射器262可以形成毫秒退火系统80的处理室200的反射表面的一部分。
可以通过操纵落在半导体基底的不同区域上的光密度来控制半导体基底的温度均匀性。在一些实施方式中，可以通过改变小尺寸反射器相对于主反射器的反射等级以及/或者通过使用安装在晶片周围的晶片支撑平面上的边缘反射器来实现均匀性调整。
例如，可以使用边缘反射器将来自底部灯240的光重新引导至半导体基底60的边缘。作为示例，图6描绘了示例边缘反射器264，该边缘反射器264形成晶片平面板210的一部分，可以用于将来自底部灯240的光引导至半导体基底60的边缘。边缘反射器264可以被安装至晶片平面板210，并且可以围绕或至少部分地围绕半导体基底60。
在一些实施方式中，还可以在晶片平面板210附近的室壁上安装另外的反射器。例如，图7描绘了可以被安装至处理室壁的示例反射器，该示例反射器可以用作用于加热光的反射镜。更特别地，图7示出了安装至下室壁254的示例楔形反射器272。图7还示出了安装至上室壁252的反射器270的反射元件274。可以通过改变楔形反射器272和/或处理室200中的其他反射元件(例如，反射元件274)的反射等级来调整半导体基底60的加工的均匀性。
图8至图11描绘了可以用作用于半导体基底60的顶表面的强毫秒长曝光(例如，“闪光”)的光源的示例上部弧光灯220的各方面。例如，图8描绘了示例弧光灯220的截面图。弧光灯220可以是例如明流弧光灯(open flow arc lamp)，在明流弧光灯中，加压的氩气(或其他合适的气体)在电弧放电期间被转换成高压等离子体。电弧放电发生在带负电的阴极222与间隔开(例如，间隔开约300mm)的带正电的阳极230之间的石英管225中。只要阴极222与阳极230之间的电压达到氩气或其他合适的气体的击穿电压(例如，约30kV)，则形成发射电磁谱的可见光范围和UV范围中的光的稳定的低电感等离子体。如图9所示，灯可以包括灯反射器262，灯反射器262可以用于反射由灯提供的光以用于加工半导体基底60。
图10和图11描绘了根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统80中的弧光灯220的示例操作的各方面。更特别地，等离子体226被容纳在石英管225内，石英管225通过水壁228从内部进行水冷却。水壁228以高流速在灯200的阴极端注入并且在阳极端排出。这同样适用于氩气229，氩气229也在阴极端进入灯220并且从阳极端排出。形成水壁228的水垂直于灯轴线被注入，使得离心作用产生水涡流。因此，沿着灯的中心线，形成了用于氩气229的通道。氩气柱229沿与水壁228相同的方向旋转。一旦等离子体226已经形成，则水壁228保护石英管225并且将等离子体226限制至中心轴线。只有水壁228和电极(阴极230和阳极222)与高能等离子体226直接接触。
图11描绘了根据本公开内容的示例实施方式的与弧光灯结合使用的示例电极(例如，阴极230)的截面图。图11描绘了阴极230。然而，相同的构造可以用于阳极222。
在一些实施方式中，由于电极经历高热负荷，所以电极中的一个或更多个可以每个均包括端头232。端头可以由钨制成。端头可以耦接至和/或熔合至水冷铜散热器234。铜散热器234可以包括电极的内部冷却系统(例如，一个或更多个水冷却通道236)的至少一部分。电极还可以包括具有水冷却通道236的黄铜基座235以提供水或其他流体的循环以及电极的冷却。
在根据本公开内容的各方面的示例毫秒退火系统中使用的弧光灯可以是用于水和氩气的明流系统。然而，出于保护的原因，在一些实施方式中，两种介质都可以在闭合回路系统中循环。在一些实施方式中，氮气可以在操作期间被注入到弧光灯中以控制在操作期间循环通过弧光灯的水的PH值。将参照图14详细讨论示例水回路系统。
根据本公开内容的示例实施方式的毫秒退火系统可以包括独立测量半导体基底的两个表面(例如，顶表面和底表面)的温度的能力。图13描绘了用于毫秒退火系统200的示例温度测量系统150。
图13中示出了毫秒退火系统200的简化图。可以通过温度传感器例如温度传感器152和温度传感器154来独立地测量半导体基底60的两侧的温度。温度传感器152可以测量半导体基底60的顶表面的温度。温度传感器154可以测量半导体基底60的底表面的温度。在一些实施方式中，具有约1400nm的测量波长的窄带高温测量传感器可以用作温度传感器152和/或154，来测量例如半导体基底60的中心区域的温度。在一些实施方式中，温度传感器152和154可以是超快速辐射计(UFR)，该超快速辐射计具有足够高以解决由闪光加热引起的毫秒温度尖峰的采样速率。
温度传感器152和154的读数可以是发射率补偿的。如图14所示，发射率补偿方案可以包括诊断闪光156、参考温度传感器158以及温度传感器152和154，温度传感器152和154被配置成测量半导体基底的顶表面和底表面。诊断加热和测量可以与诊断闪光156(例如，测试闪光)一起使用。来自参考温度传感器158的测量结果可以用于温度传感器152和154的发射率补偿。
在一些实施方式中，毫秒退火系统200可以包括水窗。水窗可以提供滤光器，该滤光器抑制温度传感器152和154的测量带中的灯辐射，使得温度传感器152和154仅测量来自半导体基底的辐射。
温度传感器152和154的读数可以被提供至处理器电路160。处理器电路10可以位于毫秒退火系统200的壳体内，但是可替选地，处理器电路160可以被定位成远离毫秒退火系统200。如果需要，本文描述的各种功能可以由单个处理器电路执行或者通过本地和/或远程处理器电路的其他组合来执行。
毫秒退火系统中的示例灯电极端头
根据本公开内容的示例方面，可以通过减缓熔化的钨的材料损耗来延长弧光灯中使用的阳极、阴极或其他电极的寿命。电极的寿命可以与电极端头的中心中的熔化的钨的损耗率直接相关。根据本公开内容的示例方面，电极的几何形状被构造成将钨局部地保持在端头的中心并且防止从中心输移至端头边缘。另外的效果可以是防止在端头的边缘周边上形成大珠粒，从而保持阳极周围的未受干扰的流动模式。
在本公开内容的一个示例实施方式中，通过修改钨端头表面的几何形状使得该表面包括一个或更多个圆形槽来减弱熔化的钨的输移。圆形槽的目的可以是保持珠粒形成局部化并且用作熔化的材料的横向输移的障碍。因此，材料的输移受到表面结构的限制。输移被减弱，直到熔化的液滴达到临界尺寸，此时空气动力与粘附力相比成主导，并且液滴流过障碍。通过流动作用可以自动降低珠粒尺寸，并且在下一障碍处该过程可以自行重复。结果，与具有平坦表面结构的标称情况相比较，熔化的材料的停留时间可以延长。
图15描绘了在根据本公开内容的示例实施方式的弧光灯中使用的电极端头232的表面。如图所示，电极端头的表面包括多个同心圆形槽312和314。圆形槽312和312的边缘可以用作熔化的材料310(例如，熔化的钨)跨电极232的表面例如从中心部分302至侧面部分304的流动的障碍。
图16描绘了槽的边缘用作熔化的材料的流动的障碍的效果。更特别地，在多次热循环之后，临界尺寸的钨滴可以被输移至边缘。图16中的液滴编号1、2、3和4可以指示在熔化的钨的输移期间凝固液滴的生成。
在图16的实施方式中，在电极端头312的表面中形成有单个槽312。由来自先前热循环的液滴的凝固引起输移限制(例如，端头的中心被之前生成的珠粒壁围绕)。图16描绘了槽312的边缘用作熔化的材料的流动的障碍的效果。更特别地，在多次热循环之后，临界尺寸的钨滴被输移至边缘。编号1、2、3和4表示凝固液滴的生成。
根据本公开内容的示例方面的电极端头的表面可以具有各种不同的槽图案，以削弱熔化的材料从电极端头的中心部分至电极端头的边缘部分的横向流动。例如，在一些实施方式中，电极端头可以包括同心圆形槽。在一些实施方式中，同心圆形槽距电极端头的中心不是等距的。
在一些实施方式中，槽图案可以包括跨电极端头的表面布置的多个相交的线性槽。多个相交的线性槽可以形成线网格。槽之间的相交角度可以例如在约10°至180°的范围内。
图17描绘了具有多个相交的线性槽320的示例电极端头232。线性槽320以约90°的相交角度彼此相交。线性槽320形成方形网格图案。
图18描绘了具有多个相交的线性槽330的示例电极端头232。线性槽330以约60°的相交角度彼此相交。线性槽330形成三角形网格图案。
在一些实施方式中，弧光灯中使用的电极的电极端头与散热器之间的钨-铜界面的形状被设计成影响跨电极端头的横向温度分布。跨电极端头的表面的横向热分布可以通过减弱熔化的材料跨表面的流动并且通过降低热负荷密度来影响阳极的寿命。
为了提供减弱熔化的材料跨电极端头的表面的流动，可能期望大的横向温度梯度，其中，端头的边缘比端头的中心冷得多。在端头的边缘保持在钨的熔点以下的情况下，可以抑制熔化的材料的横向输移，并且液滴和珠粒可以保持位于中心。
为了提供减小热负荷密度，可以期望低的横向温度梯度。在低温度梯度的情况下，热负荷跨端头表面均匀地分布，并且缓解了局部过热。
跨电极端头的表面的横向温度分布可以是通过电极端头传导的热量的函数。热导率可以是电极端头的表面与以下界面之间的距离的函数：所述界面是电极端头与耦接至电极端头的散热器之间的界面。对于平坦界面，由于几何原因，热传导的距离从中心至边缘增加。对于凹形界面，从中心至边缘的距离增加较小，因此温度梯度较低。对于凸形界面，相反，从中心至边缘的距离增加较大，因此温度梯度较高。
根据本公开内容的示例方面，电极端头(例如，钨电极端头)与散热器(例如，铜散热器)之间的界面是带有面的或圆滑的。
图19描绘了根据本公开内容的示例方面的影响横向温度分布的钨-铜界面的示例形状。图19(a)描绘了电极端头232与散热器234之间的带有面的凹状界面235。图19(a)的界面235可以被构造成降低跨电极端头232的表面的温度梯度。图19(b)描绘了电极端头232与散热器234之间的圆滑的凹状界面235。图19(b)的界面235可以被构造成降低跨电极端头232的表面的温度梯度。图19(c)描绘了电极端头232与散热器234之间的带有面的凸状界面235。图19(c)的界面235可以被构造成增加跨电极端头232的表面的温度梯度，其中，边缘上的温度较低并且中心的温度较高。图29(d)描绘了电极端头232与散热器234之间的圆滑的凸状界面235。图19(d)的界面235可以被构造成增加跨电极端头232的表面的温度梯度，其中，边缘上的温度较低，并且中心的温度较高。
尽管已经关于本主题的具体示例实施方式详细描述了本主题，但是应该认识到，本领域技术人员在获得对前述内容的理解时可以容易地产生这样的实施方式的变化、变型和等同物。因此，本公开内容的范围作为示例而不是作为限制，并且本主题公开内容不排除包括对于本领域普通技术人员而言是明显的对本主题的这样的修改、变型和/或添加。