Устройство для визуализации структуры токового канала скользящего разряда

 

Изобретение относится к физическим методам исследования газовых разрядов. Цель изобретения - увеличение информативности процесса визуализации за счет Изобретение относится к физическим методам исследования газовых разрядов, а именно к способам регистрации поверхностных электроразрядных процессов, например , скользящих разрядов, формируемых при электрическом пробое газа вблизи поверхности диэлектрика, и может быть использовано для изучения пространственной структуры токовых каналов . Такие исследования необходимы для построения физической модели формирования искрового пробоя, характеризуемой сложностью явления и требующей привлечения высокоинформативных средств диагностики плазменных процессов. Цель изобретения - увеличение информативности изображения за счет анализа анализа распределения напряженности электрического поля и степени равномерности энерговклада в канале разряда, повышение пространственного разрешения изображения. Для этого в устройстве для визуализации структуры токового канала скользящего разряда, содержащем электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разрядному контуру, импульс разряда осуществляют по поверхности однородного полупроводника состава As, Se, 5Те,нанесенного на полимерную пленку толщиной 40-120 мкм, при этом параметр жесткости скользящего разряда, задаваемый разрядным контуром, U/L 10 , где U - амплитудное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде (В), L- конструктивная индуктивность разрядного контура (Гн) 1 ил 4ы -яг „ -, распределения напряженности электрического поля и степени равномерности энерговклада в канале разряда, повышение пространственного разрешения структур. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для визуализации структуры токового канала скользящего разряда, содержащем электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разрядному контуру , в качестве диэлектрической подложки применяют полимерную пленку толщиной 40-120 мкм, а поверхностный слой выполняют из однородного полупроводника состава AsSeSTe, при этом параметр жесткости

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 R 29/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4783625/21 (22) 16.01.90 (46) 15.08.92. Бюл. й. 30 (71) Самарский авиационный институт им. акад, С.П,Королева (72) О.А.Журавлев, А.Л,Муркин, A.À.Ïëàòîва, В.А,Решетов, О.С,Сотникова и Н.Г.Яббаров (56) Кожаринов В.В„ Зацепин Н.Н., Домород Н.Е.. Электроразрядный метод визуализации. Минск: Наука и техника; 1986, с, 134.

Дащук Н.П., Любин В.М. Плазмоструктурные превращения в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. Письма . в ЖТФ, 1982, т. 8, N 22, с. 1353 — 1361. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

СТРУКТУРЫ ТОКОВОГО КАНАЛА СКОЛЬЗЯЩЕГО РАЗРЯДА (57) Изобретение относится к физическим методам исследования газовых разрядов.

Цель изобретения — увеличение информативности процесса визуализации за счет

Изобретение относится к физическим методам исследования газовых разрядов, а именно к способам регистрации поверхностных электрораэрядных процессов, например, скользящих разрядов, формируемых при электрическом пробое газа вблизи поверхности диэлектрика, и может быть использовано для изучения пространственной структуры токовых каналов, Такие исследования необходимы для построения физической модели формирования искрового пробоя, характеризуемой сложностью.явлейия и требующей привлечения высокоийформативных средств диаг-. ностики плазменных процессов.

Цель изобретения — увеличение информативности изображения за счет анализа

„„5U 1755217 А1 анализа распределения напряженности" электрического поля и степени равномерности энерговклада в канале разряда, повышение пространственного разрешения изображения. Для этого в устройстве для визуализации структуры токового канала скользящего разряда, содержащем электродную систему, закрепленную на дйэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разрядному контуру, импульс разряда осуществляют по поверхности однородного полупроводника состава Аз, Se, STe,íàHåñåHHîãî на полимерную пленку толщиной 40 — 120 мкм, при этом параметр жесткости скользящего разряда, задаваемый разрядным контуром, 0/1 10, где

U — амплитудное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде (В), Е— конструктивная индуктивность разрядного контура (Гн). 1 ил, распределения напряженности электрического поля и степени равномерности энерговклада в канале разряда, повышение пространственного разрешения структур, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для вйзуализации структуры токового канала скользящего разряда, содержащем электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностньил слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разрядному контуру, в качестве диэлектрической подложки применяют полимерную пленку толщиной

40-1; 0 мкм, а поверхностный слой выполняют из однородного полупроводника состава AsSeSTe, при этом параметр жесткости

1755217 скользящего разряда, задаваемый разрядным контуром, U/L )10в, где U — амплитуд-. ное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде, В; L — конструктивная индуктивность разрядного контура (Гн).

На черте>ке 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, Для форми-. рования импульса напряжения на высоковольтном электроде 1 служит разрядный контур, состоящий из разрядника 5, емкостного накопителя энергии 6, регулируемого источника высокого напряжения 7 и блока запуска разрядника 8. Разрядный контур имеет конструктивную индуктивность L-9.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

После зарядки емкостного накопителя энергии 6 от источника 7 до заданного напряжения с помощью блока запуска 8 вызывают срабатывание разрядника 5 и высоковольтный импульс напряжения с амплитудой U подается на высоковольтный электрод 1, с которого в сторону заземленного. электрода 2 по поверхности диэлектрической подложки 2 с нанесенным на нее слоем ХСП 4 развивается токовый канал поверхностного газового разряда, проходящий последовательно лавинную, стримерную, лидерную и завершенную фазы, последняя из которых может быть реализована в виде искрового или однородного скользящего разряда, в зависимости от толщины подложки 3 со слоем ХСП 4 и уровня жесткости разряда U/L. Высокая фототермическая чувствительность пленки позволяет в реальном масштабе времени регистрировать путем потемнения ХСП слоя стримерную фазу, плотность энергии излучения которой на поверхности подложки находится на уровне0.1Джсм, Наличие добавок теллура в хал ькогенидном полуп роводнике обеспечивает воэможность регулирования энергетической широты регистрирующего слоя, Это позволяет по фототермическому отклику на подложке говорить о степени однородности плазмы в стримерном канале. что важно как для исследования механизмов лавинностримерного перехода, так и для излучения условий формирования высокопроводящего токово. го канала. Изучение с руктуры заэкспонированной области в проходящем свете при кратности увеличения оптической системы микроскопа на уровне 10" показало, что в средней части области потемнения ХСП— слоя формируется тонкодисперсная структура из пузырьковых образований, которая

5 может замыкать ме>кэлектродный промежуток в виде сплошного или прерывистого точечного образования с быстрым нарастанием плотности пузырьков в приосевой зоне, Имеется определенная пространственная корреляция между

10 темнопольной и высокодисперсной пузырьковой структурами, Смещение друг от друга пузырьковых структур двух соседних стримеров говорит об электрической природе пузырьковых образований, допускающей их электростатическое растал кивание.

Переход стримера в лидерную фазу приводит к образованию плазменной головки, что повышает уровень энергетического воз15

20 действия на подложку. Это проявляется в виде прерывистой тонкой полосы ослабления потемнения в средней части заэкспонированной области ХСП-слоя..Изучение структуры полосы в проходящем свете позволяет говорить о начальном этапе термического испарения регистрирующего слоя и

25 образования пузырьковых формирований вдоль границ полосы просветления, что повышает контрастность изображения и урошенной фазе с образованием высокопроаодящего токового канала приводит к увеличению теплового воздействия на подложку до 1 Дж см и выше. Кроме возникающих на данном этапе эрозионных структур большую информацию о характере развития токового канала несут пузырьковые образования, которые в виде сплошной

40 точечной линии оконтуривают наружную границу просветленного эроэионного канала с быстрым снижением плотности пузырьков при удалении от области протекания тока и полным отсутствием их в остаточном

45 русле

Анализ закономерностей изменения электрического поля в стримерной, лидерной и завершенной фазах разряда говорит о наличии механизма ослабления поля в канале стримера и выносе его на края токовых образований за счет высокой электропроводности плазмы. Характер изменения напряженности электрического поля на границе канала соответствует изменению плотности пузырьковых структур. что позвсляет, наряду с учетом других закономерностей формирования высокодисперсных точечных образований, рассмотреть возможность ионизационного механизма получения подобных плазмоструктурных

30 вень пространственного разрешения.

Пробой газового промежутка в завер1755217

30

50 превращений в ХСП-слое с легкоиспаряющейся добавкой в виде серы. При толщине подложки 100 мкм и пробойном напряжении U 30 кВ реализуется составляющая напряженности поля Е1 > 10 В м, что спо-1 собствует увеличению эффективной длины свободного пробега и энергии заряженных части в воздухе, бомбардирующих поверхность ХСП-слоя в стримерном канале и чехле коронного разряда, возникающего в области усиления составляющей поля Е1 на границах плазменных структур, Канал завершенного скользящего разряда регистрируется в виде замыкающей межэлектродный промежуток составной полосы шириной d< 0,3 мм со значительным увеличением коэффициента пропускания

ХСП-слоя в приосевой области, Увеличение просветления подложки можно связать с частичным ее уносом за.счет эрозионных процессов взаимодействия плазменного канала с материалом ХСП-слоя, Такой способ регистрации сильноточных каналов впервые позволяет визуализировать с разрешением на уровне 10 штрихов/мм внут- 25

2 риканальную структуру искрового разряда.

Обнаружена радиальная и осевая неоднородности искрового автографа, возможность распада сильноточного канала на стримерные структуры по мере приближения к заземленному электроду. показано наличие процессов замыкания стримеров на сильноточный канал разряда, Возможность анализа степени неоднородности энергооклада с газовый разряд реализуется путем снятия денситограмм изменения уровня пропуСкания пленки по ширине и длине автографа токового канала.

Высокая информативность регистрации пространственной структуры разряда обус- 40 ловлена организацией комплексного действия плазменных механизмов получения структурных превращений на селеносодержащих пленках ХСП. За счет уменьшения толщины диэлектрической г1одложки.со слоем ХСП до h 120 мкм сила электромагнитного прижатия канала разряда к диэлектрику обеспечивает действие эрозионных механизмов просветления регистрирующего слоя вплоть до полного уноса материала полупроводника из приосевой области автографа плазменного канала.

При h 120 мкгл и пробойном напряжении

0 30 кВ реализуется составляющая на- пряженности поля Е1 10 В м, чтосозда- 55 ет условия для эффективной реализации ионизационных механизмов получения 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 иэ строя. Увеличение толщины диэлектрической подложки свыше 120 мкм снижает составляющую напряженности поля Е1, что приводит к ослаблению эрозионного и ионизационного механизмов получения плазмоструктурных превращений s слое

ХСП. Повышение степени пространственного разрешения изображения обеспечивается использованием регистрирующего слоя состава As SeSTe, Теллур позволяет снижать светочувствительность регистрирующего слоя, что обеспечивает получение необходимой энергетической широты амплитудных переходов в плазмоструктурных образованиях, Сера способствует повышению поверхностного сопротивления полупроводника и является легкоиспаряю щейся компонентой, облегчающей получение высокодисперсных газовых пузырьков с диаметром на уровне <3 мкм. Наличие серы в составе ХСП-слоя при толщине последне- го не более 1 мкм также способствует уменьшению энергетических потерь за счет большого теплового сопротивления полупроводника. Пространственное разрешение способа повышается также за счет малой теплопроводности диэлектрйческой подложки, выполненной на полиэтилентерефталатной основе, и большой скорости энерговклада, связанной с высокой степенью жесткости разряда 0/L 10 B/Ãí.

Уменьшение жесткости <10 В/Гн снижает скорость энерговклада в поверхностный газовый разряд, приводя к переходу от апериодической формы импульса к периодическому импульсу искрового разряда, что ухудшает пространственное разре- шение, Использование предлагаемого устройства для визуализации структуры токового канала скользящего разряда обеспечивает по сравнению с прототипом большую информативность изображения, снижает время на процесс записи структур, исключаются затраты на специальное оборудование и его эксплуатацию. сокращается этап построения адекватной физической теории развития поверхностного газового разряда, Формула изобретения

Устройство для визуализации структуры токового канала скользящего разряда, содержащее электродную систему. закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержа1755217

Составитель С. Двинин

Техред М.Моргентал .. Корректор А. Козориз

Редактор Н, Горват

Заказ 2891 Тираж Подписное, ЙНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 щего халькогенидного стеклообраэного полупроводника и подключенную к разряднбму.контуру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения информативности изображения эа счет распределейия напряжен- 5 ности электрического поля и степени энерговклада в канале разряда, повышения пространственного разрешения структур, в . качестве диэлектрической подложки использована полимерная пленка толщиной 10

40-120 мкм с поверхностным слоем, выполнейным из однородного полупроводника состава Аз$е$Те, при этом параметр жесткости скользящего разряда, задаваемый разрядным контуром U/1 h 10, где U— амплитудное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде, B; (— конструктивная индуктивность разрядного контура, Гн.