快脉冲直线变压器型驱动源（FLTD）是近年来快速发展的新型脉冲功率源技术，多采用多间隙气体开关作为开关器件。电晕均压措施有利于提升开关击穿性能，但不同气体中电晕放电有显著区别。本文首先研究了空气中针电极对单间隙电晕放电特性的影响，确定了电晕针电极的尺寸，之后研究了N2，CO2，SF6/N2混合气体、C4F7N/N2混合气体中的电晕放电特性，研究了电晕均压6间隙气体开关击穿电压及其稳定性随气体种类和气压的变化规律。实验结果表明，N2中电晕电流较大且不稳定，空气中电晕电流比N2中低，且电晕放电较为稳定，微量强电负性气体加入会极大降低电晕放电电流。当采用空气和N2作绝缘介质时，气体开关击穿电压随气压升高线性增加，但存在低值击穿，微量强电负性气体混合N2可显著提升击穿电压的稳定性。1%SF6/99%N2混合气体在0.18 MPa时，击穿电压约为197.33 kV，标准偏差占击穿电压比例为1.50%，1% C4F7N /99%N2混合气体在0.15 MPa时，击穿电压约为190.42 kV，标准偏差为0.55%。这表明，微量环保替代气体C4F7N与N2的混合气体对于提升多间隙气体开关击穿电压稳定性有显著作用。
电晕均压 多间隙开关 电晕特性 自击穿特性 corona discharge for voltage balance multi-gap gas switch corona characteristics self-breakdown characteristics 强激光与粒子束
2020, 32(2): 025012
1 重庆邮电大学 光电工程学院/国际半导体学院，重庆 410065
2 中科院微电子所十室，北京 100029
基于0.18 μm CMOS工艺技术，制作了单光子雪崩二极管，可对650~950 nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P+/N阱结构，P+层深度较深，以提高对长光波的光子探测效率与响应度；采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度，可以提高探测灵敏度；深N阱与衬底形成的PN结可有效隔离衬底，降低衬底噪声；采用P阱保护环结构以预防过早边缘击穿现象.通过理论分析确定器件的基本结构参数及工艺参数，并对器件性能进行优化设计.实验结果表明，单光子雪崩二极管的窗口直径为10 μm，器件的反向击穿电压为18.4 V左右.用光强为0.001 W/cm2的光照射，650 nm处达到0.495 A/W的响应度峰值；在2V的过偏压下，650~950 nm波段范围内光子探测效率均高于30%，随着反向偏压的适当增大，探测效率有所提升.
单光子雪崩二极管 标准0.18μm CMOS工艺 深N阱 保护环 击穿特性 响应度 光子探测效率 Single Photon Avalanche Diode (SPAD) Standard 0.18 μm CMOS process Deep n-well Guard ring Breakdown characteristics Responsivity Photon detection efficiency
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
基于几种常见的电极表面处理工艺，制作了外形一致、表面不同的砂纸打磨、羊毛抛光、金属电镀和非金属电镀四种同轴电极，对比了电极在微观下的形貌特点，通过实验研究了不同电极表面特性与甘油介质耐压的关系。搭建了基于晶闸管控制的空心脉冲变压器升压实验平台，最大输出电压500 kV，上升时间26 μs。实验结果表明: 四种电极的微观形貌存在较大差异，并引起了甘油击穿特性的不同，在相同充电电压条件下，甘油的平均击穿场强为210~260 kV/cm; 与使用常规的砂纸打磨电极相比，使用羊毛抛光、金属电镀、非金属电镀电极可分别使击穿场强提高14.51%，11.60%，19.67%，其中非金属电镀电极表面均匀程度远高于其他电极，最高击穿场强可达288 kV/cm，比对照组平均击穿场强提高33.09%。
电极表面特性 甘油 击穿特性 同轴电极 surface characteristics of the electrode glycerol breakdown characteristics coaxial electrode 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045012
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
针对甘油介质在形成线中的应用, 总结了甘油作为储能介质已开展的相关研究工作, 并在缩比的同轴电极试件中进行了电极表面、磁场、耐压极性、含气量等条件对甘油介质击穿特性影响的实验研究。搭建了基于晶闸管控制的空心脉冲变压器升压实验平台, 设计了浸没于脉冲磁场中的同轴电极击穿试件, 实验平台最大输出电压500 kV, 上升时间26 μs, 最大磁场1 T, 可通过控制晶闸管的先后触发使击穿过程发生于准稳衡磁场中, 并制作了外形一致、表面不同的砂纸打磨、羊毛抛光、金属电镀和非金属电镀四种电极。实验结果表明: 甘油的击穿是没有极性的; 1 T量级磁场对甘油介质的击穿特性无影响; 不同电极表面微观形貌差异较大, 使甘油介质具有不同的击穿特性, 说明甘油击穿在电极表面的过程具有较大影响; 充分的排气能减少甘油中直径较大的气泡, 减少概率性的低击穿场强, 击穿后产生的大量微小气泡会整体降低甘油的击穿阈值, 使甘油的平均击穿场强降低。
甘油 同轴形成线 击穿特性 磁场 电极表面 glycerol coaxial pulse forming line breakdown characteristics magnetic field surface of electrode 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015017
西北核技术研究所,强辐射脉冲环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
基于600 kV触发管型SF6气体开关,设计了三种具有典型电场分布的电极结构,计算分析了各个场分布特点,在-600 kV/400 ns脉冲电压下对不同电极结构进行了击穿特性实验,分析了场分布对开关击穿特性的影响.实验结果表明:三种结构中平头形电极触发击穿模式与其欠压比相关,触发抖动较小;球头形电极自击穿电压抖动最小,能够稳定工作于长时间触发击穿模式;锥头形电极击穿模式较不稳定,可能与其两个间隙击穿特性较相近有关.
触发管 气体开关 电极结构 击穿特性 trigatron gas switch electrode structures breakdown characteristics 强激光与粒子束
2015, 27(6): 065004
中国海洋大学光学光电子实验室, 山东 青岛 266100
海洋是国家可持续发展的战略要地, 迫切需要海洋探测技术的快速发展, 光谱类的化学传感器由于具有原位、 非接触和长期探测的优势日益成为研究热点。 为了将激光诱导击穿光谱(LIBS)技术应用于海洋原位探测, 采用532和1 064 nm波长激光在能量分别为3和40 mj附近进行烧蚀, 对比实验研究了532和1 064 nm激光作用下的LIBS击穿特性, 并重点探讨了水下激光传输距离对LIBS信号的影响。 结果显示, 采用1 064 nm的激光能够获得更高的谱线强度和信背比, 以及更长的等离子体寿命, 但LIBS信号稳定性较差; 受水体对不同波长激光能量衰减不同的影响, 在水下传输距离2～5 cm范围内, 随着1 064 nm激光能量的衰减LIBS信号衰减也很明显, 而位于海水“透射窗口”的532 nm的激光LIBS信号基本保持不变。 为今后LIBS海洋原位探测系统的开发提供了有价值的设计依据。
海洋原位探测 激光诱导击穿光谱 激光波长 击穿特性 传输距离 Ocean in-situ detection Laser induced breakdown spectroscopy Laser wavelength Breakdown characteristics Transmission distance 光谱学与光谱分析
2014, 34(11): 3104
电力设备电气绝缘国家重点实验室 (西安交通大学), 西安 710049
采用单间隙伪火花放电装置，研究了纳秒脉冲下气压、间隙距离和小孔直径对伪火花放电特性的影响。研究结果表明，纳秒脉冲下伪火花放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小。通过数值拟合，得到了放电电压与气压、间隙距离和小孔直径间的经验公式。放电电压随着气压、间隙距离和小孔直径的增加而减小，衰减系数分别为0.76，0.39和0.39。
纳秒脉冲 单间隙伪火花放电 放电电压特性 间隙距离 小孔直径 nanosecond pulse single-gap pseudospark discharge breakdown characteristics gap distance hole diameter 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045031
通过短接电极间隙，开展了3 MV多级多通道缩比开关不同间隙级数和单独触发间隙的自击穿特性分析，结果表明：自击穿电压随电极间隙距离不是线性增加，与Bradley经验公式存在差距。采用Ansoft软件模拟了实验开关不同级数的电场分布，得到不同级数开关电场分布的不均匀系数。结合缩比开关自击穿实验数据、Bradley经验公式和电场分布不均匀系数，在Bradley经验公式中加入开关作用时间因素和电场不均匀系数，得到一个Bradley外推公式，能较好地反应多级多通道气体开关的自击穿电压，使3 MV实际开关自击穿电压理论值与实验值误差减小到5%。
多级多通道开关 缩比开关 自击穿特性 Bradley经验公式 multi-stage multi-channel closing switch reduced-model switch self-breakdown characteristics Bradley empirical formula
1 中国科学院 电工研究所,北京 100190
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
实验研究了聚四氟乙烯薄膜在重复频率纳秒脉冲下的击穿特性,选用脉冲上升时间约15 ns,脉宽30~40 ns,重复频率1~1 000 Hz。测量并计算了击穿前后的电压电流波形、重复频率耐受时间和施加脉冲个数与击穿特性密切相关的参数。结果表明,重复频率纳秒脉冲下聚四氟乙烯薄膜击穿场强为MV/cm量级,重复频率耐受时间随施加场强和重复频率的增大而减小。薄膜本身性质及油浸时间使实验数据具有分散性,重复频率纳秒脉冲下聚四氟乙烯薄膜击穿应考虑重复频率条件下的热积累效应和材料缺陷。
重复频率 纳秒脉冲 聚四氟乙烯薄膜 击穿特性 重复频率耐受时间 repetition rate nanosecond-pulse polytetrafluoroethylene films breakdown characteristics repetitive pulse stress time
