SU1755217A1 - Устройство дл визуализации структуры токового канала скольз щего разр да - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к физическим методам исследовани  газовых разр дов. Цель изобретени  - увеличение информативности процесса визуализации за счет Изобретение относитс  к физическим методам исследовани  газовых разр дов, а именно к способам регистрации поверхностных электроразр дных процессов, например , скольз щих разр дов, формируемых при электрическом пробое газа вблизи поверхности диэлектрика, и может быть использовано дл  изучени  пространственной структуры токовых каналов . Такие исследовани  необходимы дл  построени  физической модели формировани  искрового пробо , характеризуемой сложностью  влени  и требующей привлечени  высокоинформативных средств диагностики плазменных процессов. Цель изобретени  - увеличение информативности изображени  за счет анализа анализа распределени  напр женности электрического пол  и степени равномерности энерговклада в канале разр да, повышение пространственного разрешени  изображени . Дл  этого в устройстве дл  визуализации структуры токового канала скольз щего разр да, содержащем электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разр дному контуру, импульс разр да осуществл ют по поверхности однородного полупроводника состава As, Se, 5Те,нанесенного на полимерную пленку толщиной 40-120 мкм, при этом параметр жесткости скольз щего разр да, задаваемый разр дным контуром, U/L 10 , где U - амплитудное значение импульса напр жени  на высоковольтном электроде (В), L- конструктивна  индуктивность разр дного контура (Гн) 1 ил 4ы - г „ -, распределени  напр женности электрического пол  и степени равномерности энерговклада в канале разр да, повышение пространственного разрешени  структур. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  визуализации структуры токового канала скольз щего разр да, содержащем электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разр дному контуру , в качестве диэлектрической подложки примен ют полимерную пленку толщиной 40-120 мкм, а поверхностный слой выполн ют из однородного полупроводника состава AsSeSTe, при этом параметр жесткости

Description

скольз щего разр да, задаваемый разр дным контуром, U/L 108, где U - амппитуд- но значение импульса напр жени  на высоковольтном электроде, В; L - конструктивна  индуктивность разр дного контура (Гн).

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство состоит из электродной системы , образованной высоковольтным электродом 1 и заземленным электродом 2, а также диэлектрической подложкой 3 с нанесенным на нее слоем ХСП 4, Дл  формировани  импульса напр жени  на высоковольтном электроде 1 служит разр дный контур, состо щий из разр дника 5, емкостного накопител  энергии 6, регулируемого источника высокого напр жени  7 и блока запуска разр дника 8. Разр дный контур имеет конструктивную индуктивность L-9.

Работа устройства осуществл етс  следующим образом.

После зар дки емкостного накопител  энергии 6 от источника 7 до заданного напр жени  с помощью блока запуска 8 вызывают срабатывание разр дника 5 и высоковольтный импульс напр жени  с амплитудой U подаетс  на высоковольтный электрод 1. с которого в сторону заземленного электрода 2 по поверхности диэлектрической подложки 2 с нанесенным на нее слоем ХСП 4 развиваетс  токовый канал поверхностного газового разр да, проход щий последовательно лавинную, стримерную, лидерную и завершенную фазы , последн   из которых может быть реализована в виде искрового или однородного скольз щего разр да, в зависимости от толщины подложки 3 со слоем ХСП 4 и уровн  жесткости разр да U/L Высока  фототермическа  чувствительность пленки позвол ет в реальном масштабе времени регистрировать путем потемнени  ХСП сло  стримерную фазу, плотность энергии излучени  которой на поверхности подложки находитс  на уровне О, I Дж . Наличие добавок теллура в халькогенидном полупроводнике обеспечивает возможность регулировани  энергетической широты регистрирующего сло . Это позвол ет по фототермическому отклику на подложке говорить о степени однородности плазмы в стримерном канале, что важно как дл  исследовани  механизмов лавинностримерно- го перехода, так и дл  излучени  условий формировани  высокопровод щего токового какала. Изучение структуры заэкспони- рованной области в проход щем свете при кратности увеличени  оптической системы

микроскопа на уровне 10 показало, что в средней части области потемнени  ХСП - сло  формируетс  тонкодисперсна  структура из пузырьковых образований, котора 

может замыкать межэлектродный промежуток в виде сплошного или прерывистого точечного образовани  с быстрым нарастанием плотности пузырьков в при- осевой зоне. Имеетс  определенна  про0 странственна  коррел ци  между темнопольной и высокодисперсной пузырьковой структурами. Смещение друг от друга пузырьковых структур двух соседних стримеров говорит об электрической природе

5 пузырьковых образований, допускающей их электростатическое расталкивание.

Переход стримера в лидерную фазу приводит к образованию плазменной головки, что повышает уровень энергетического воз0 действи  на подложку. Это про вл етс  в виде прерывистой тонкой полосы ослаблени  потемнени  в средней части заэкспони- рованной области ХСП-сло . Изучение структуры полосы в проход щем свете по5 звол ет говорить о начальном этапе термического испарени  регистрирующего сло  и образовани  пузырьковых формирований вдоль границ полосы просветлени , что повышает контрастность изображени  и уро0 зеиь пространственного разрешени .

Пробой газового промежутка в завершенной фазе с образованием высокопрооо- д щего токового канала приводит к увеличению теплового воздействи  на под5 ложку до 1 Дж см и выше. Кроме возникающих на данном этапе эрозионных структур большую информацию о характере развити  токового канала несут пузырьковые образовани , которые в виде сплошной

0 точечной линии оконтуривают наружную границу просветленного эрозионного канала с быстрым снижением плотности пузырьков при удалении от области протекани  тока и полным отсутствием их в остаточном

5 русле.

Анализ закономерностей изменени  электрического пол  в стримерной, лидер- ной и завершенной фазах разр да говорит о наличии механизма ослаблени  пол  в ка0 нале стримера и выносе его на кра  токовых образований за счет высокой электропроводности плазмы. Характер изменени  напр женности электрического пол  на границе канала соответствует изменению

5 плотности пузырьковых структур, что позвс- л ет, нар ду с учетом других закономерностей формировани  высокодисперсных точечных образований, рассмотреть возможность ионизационного механизма пол- учени  подобных плазмоструктурных

превращений в ХСП-слое с легкоиспар ющейс  добавкой в виде серы. При толщине подложки 100 мкм и пробойном напр жении U 30 кВ реализуетс  составл юща  напр женности пол  EI 108 В , что способствует увеличению эффективной длины свободного пробега и энергии зар женных части в воздухе, бомбардирующих поверхность ХСП-сло  в стримерном канале и чехле коронного разр да, возникающего в области усилени  составл ющей пол  EI на границах плазменных структур.

Канал завершенного скольз щего разр да регистрируетс  в виде замыкающей межэлектродный промежуток составной полосы шириной do 0,3 мм со значительным увеличением коэффициента пропускани  ХСП-сло  в приосевой области. Увеличение просветлени  подложки можно св зать с частичным ее уносом за счет эрозионных процессов взаимодействи  плазменного канала с материалом ХСП-сло . Такой способ регистрации сильноточных каналов впервые позвол ет визуализировать с разрешением на уровне 10 штрихов/мм внут- риканальную структуру искрового разр да. Обнаружена радиальна  и осева  неоднородности искрового автографа, возможность распада сильноточного канала на стримерные структуры по мере приближени  к заземленному электроду, показано наличие процессов замыкани  стримеров на сильноточный канал разр да. Возможность анализа степени неоднородности энерговклада с газовый разр д реализуетс  путем сн ти  денситогрзмм изменени  уровн  пропускани  пленки по ширине и длине автографа токового канала

Высока  информативность регистрации пространственной структуры разр да обусловлена организацией комплексного действи  плазменных механизмов получени  структурных превращений на селеносодер- жащих пленках ХСП. За счет уменьшени  толщины диэлектрической подложки со слоем ХСП до h :S 120 мкм сила электромагнитного прижати  канала разр да к диэлектрику обеспечивает действие эрозионных механизмов просветлени  регистрирующего сло  вплоть до полного уноса материала полупроводника из приосевой области автографа плазменного канала. При h 120 мкм и пробойном напр жении U 30 кВ реализуетс  составл юща  напр женности пол  EI 10 Вм , чтосозда- ет услови  дл  эффективной реализации ионизационных механизмов получени  прозрачных пузырьковых структур вдоль границ следа токового канала на пленке ХСП.

Уменьшение толщины диэлектрической подложки ниже 40 мкм приводит к значительному снижению электрической прочности диэлектрика, его пробою и выходу из

стро . Увеличение толщины диэлектрической подложки свыше 120 мкм снижает составл ющую напр женности , что приводит к ослаблению эрозионного и ионизационного механизмов п олучёни 

плазмоструктурных превращений в слое ХСП. Повышение степени пространственного разрешени  изображени  обеспечиваетс  использованием регистрирующего сло  состава As SeSTe. Теллур позвол ет

снижать светочувствительность регистрирующего сло , что обеспечивает получение необходимой энергетической широты амплитудных переходов в плазмоструктурных образовани х. Сера способствует повышению поверхностного сопротивлени  полупроводника и  вл етс  легкоиспар ющейс  компонентой, облегчающей получение высокодисперсных газовых пузырьков с диаметром на уровне 3 мкм. Наличие серы

в составе ХСП-сло  при толщине последнего не более 1 мкм также способствует уменьшению энергетических потерь за счет большого теплового сопротивлени  полупроводника . Пространственное разрешение способа повышаетс  также за счет малой теплопроводности диэлектрической подложки, выполненной на полиэтиленте- рефталатной основе, и большой скорости энерговклада, св занной с высокой степенью жесткости разр да U/L S 10 В/Ги. Уменьшение жесткости 10 В/Гн снижает скорость энерговклада в поверхностный газовый разр д, привод  к переходу от апери- одической формы импульса к

периодическому импульсу искрового разр да , что ухудшает пространственное разрешение .

Использование предлагаемого устройства дл  визуализации структуры токового

канала скольз щего разр да обеспечивает по сравнению с прототипом большую информативность изображени , снижает врем  на процесс записи структур, исключаютс  затраты на специальное оборудование и его эксплуатацию, сокращаетс  этап построени  адекватной физической теории развити  поверхностного газового разр да.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  визуализации структуры токового канала скольз щего разр да, содержащее электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разр днб- му.контуру, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  информативности изображени  за счет распределени  напр женности электрического пол  и степени энерговклада в канале разр да, повышени  пространственн ого разрешени  структур, в качестве диэлектрической подложки использована полимерна  пленка толщиной

   0

   40 -120 мкм с поверхностным слоем, выполненным из однородного полупроводника состава AsSeSTe, при этом параметр жесткости скольз щего разр да, задаваемый разр дным контуром U/L Ј 10 , где U - амплитудное значение импульса напр жени  на высоковольтном электроде, В; L - конструктивна  индуктивность разр дного контура, Гн.

   r S г

   1

   Vtat t# f

   Ь

   Ь J