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由珀金埃爾默公司專為 NexION® 2000 ICP 質(zhì)譜儀設(shè)計的新 ICP-MS 射頻發(fā)生器采用了新的電路設(shè)計技巧和先進的部件，在傳輸?shù)入x子體源的同時具備高水平的性能、穩(wěn)健和經(jīng)久不衰的可靠性

在過去二十年里，人們對半導(dǎo)體電子產(chǎn)品提出了“更快、更小和更”的要求，于是推動人們持續(xù)不斷地研發(fā)出了功率更小、集成了更多功能、外形更緊湊的電子電路系統(tǒng)。電力電子學(xué)也得益于新的半導(dǎo)體發(fā)展，實現(xiàn)了更大的功率密度、更高的效能和更加優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。珀金埃爾默公司的設(shè)計團隊選擇了新一代的橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS）晶體管技術(shù)，使 NexION 2000 ICP-MS 的射頻發(fā)生器具備目前半導(dǎo)體的強優(yōu)勢。

大功率密度的優(yōu)點使得射頻發(fā)生器使用少的功率晶體管即可達到 1.6 kW 的高功率，消除了功率合成電路的效能損耗，從而從多個低功耗晶體管中累計功率。它還能減少許多晶體管設(shè)備里普遍存在的增益、效能、電流和熱失配問題。

當(dāng)可用功率超過實際輸送功率，由于回退操作余度有所增加，所以晶體管的輸出率越大，長期可靠性就越高。例如，如果一直按照大極限運行，如需生成 800 W 射頻功率，額定功率為 1.2 kW 的功率晶體管就比 800 W 的晶體管的使用壽命更長。

雖然新的晶體管技術(shù)帶來了許多優(yōu)勢，但僅僅使用這些晶體管還不足以構(gòu)成高性能的固體等離子體發(fā)生器?？紤]到設(shè)備的退化和優(yōu)化，在向更快的速度、更高的效能和更大的密度大踏步前進的同時，硅晶體管的逐步完善被較低的裝置擊穿限值所抵消。例如，傳統(tǒng)功率晶體管的柵通?？梢猿惺?+/- 40V 的電壓，但新晶體管可承受的柵擊穿電壓僅為 -7V。由于諧振頻率下的增益衰減，老式的晶體管比較不易受到超過晶體管頻率響應(yīng)的快速電壓瞬變的影響。

新式晶體管的擊穿電壓較低沒有對典型的低功率消耗性電子產(chǎn)品構(gòu)成嚴(yán)重的問題。但是現(xiàn)代晶體管的擊穿容差更低，會對 ICP-MS 射頻發(fā)生器造成困擾，除非設(shè)計特征可以適時地克服這個缺點。和典型的電子負載不同，例如廣播天線，電感耦合等離子體負載相對不穩(wěn)定，阻抗范圍較廣。在等離子體點炬之前，等離子體線圈是純粹的無功負載，絕大部分射頻功率會反射到晶體管。在等離子點炬之后，等離子體線圈會突然發(fā)生變化，成為有效的負載吸收器。樣品溶液也會影響等離子體的射頻阻抗。所有操作會隨著射頻阻抗、反射功率和電壓瞬變快速變化。幾個不受控制的電壓峰值和電流浪涌的射頻周期就足以使功率晶體管發(fā)生故障。因此大部分 ICP-MS 制造商偏向于使用老實的功率晶體管技術(shù)，盡管存在很多風(fēng)險，例如過時、設(shè)計靈活性較差和功率傳輸效率較差。為了實現(xiàn)新式晶體管的眾多優(yōu)勢，珀金埃爾默公司科學(xué)家設(shè)計和測試了先進的新式電路技術(shù)，從而消除擊穿電壓偏低的風(fēng)險。研發(fā)的結(jié)果是我們得到了具有高水平可靠性、速度、效能和等離子體穩(wěn)健性的射頻發(fā)生器。