雪崩光电探测器的击穿效应模型分析

基于CMOS工艺制备了空穴触发的Si基雪崩探测器(APD),基于不同工作温度下器件的击穿特性,建立空穴触发的雪崩器件的击穿效应模型。根据雪崩击穿模型和击穿电压测试结果,拟合曲线得到击穿电场与温度的关系参数(dE/dT),器件在250～320 K区间内,击穿电压与温度是正温度系数,器件发生雪崩击穿为主,dV/dT=23.3 mV/K,其值是由倍增区宽度以及载流子碰撞电离系数决定的。在50～140 K工作温度下,击穿电压是负温度系数,器件发生隧道击穿,dV/dT=-58.2 mV/K,其值主要受雪崩区电场的空间延伸和峰值电场两方面因素的影响。     

低温温度梯度下环氧玻璃纤维材料表面电荷积聚行为及其对沿面闪络特性的影响

超导能源管道终端由于其特殊的运行环境,终端用绝缘材料在承受高电场的同时,也承受着近百摄氏度的低温温度梯度。为此基于超导电缆终端常用绝缘材料——环氧玻璃纤维材料,研究了低温温度梯度下绝缘材料表面电荷积聚特性及其对沿面闪络特性的影响机制。首先测量了环氧玻璃纤维材料在不同温度以及不同温度梯度下的沿面闪络特性;随后利用仿真软件建立了绝缘材料气-固界面的电荷迁移模型,分析了不同温度以及不同温度梯度对材料表面电荷积聚特性和表面电场分布特性的影响;最后结合试验结果与仿真结果,提出了低温温度梯度对绝缘材料沿面闪络的影响机制。试验结果表明：当温差ΔT=100K时,绝缘材料表面的局部放电起始电压与闪络强度分别为无温度梯度时的74.0%和75.9%。而仿真结果显示,低温温度梯度下绝缘材料表面电荷积聚现象明显,表面最高电场强度可达到不存在温度梯度时的10倍左右。因此,温度梯度下材料表面电荷积聚以及电场的畸变被认为是造成绝缘材料沿面绝缘强度下降的重要原因。该研究有助于理解低温温度梯度下材料表面电荷积聚特性及其对电场分布和闪络电压的影响机制,对低温下绝缘材料的绝缘特性研究以及绝缘优化设计具有重要意义。     

共轴变焦激光诱导击穿光谱定量分析EI北大核心CSCD

在诸如火星探测等极端环境原位检测应用中,共轴变焦距激光诱导击穿光谱技术发挥了重要作用。为了充分发挥变焦系统的应用效能,距离校正必不可少。现有距离校正方法多为针对单一场景的经验算法,适用范围有限。因此,提出一种基于等离子体物理的参考脉冲诊断法,无需标定设备响应即可诊断等离子体温度,进而实现变焦距定量分析。对比了所提出算法与Saha-Boltzmann法的诊断结果,最大相对误差小于8%。采用13块铝基标准样品进行了变焦距定量实验,9块于2 m处建立定量模型,4块分别于1.5、2、2.4、2.7、3 m处进行检测。反演结果中含量超过1%的元素,11号样品中Si的相对误差最大,为16%,其余大部分小于8%;含量低于1%的元素,大部分相对误差在10%~30%之间,验证了所提出的方法能够实现变焦距激光诱导击穿光谱定量分析。     

基于皮秒激光诱导击穿光谱技术的镓酸锌薄膜的快速定量分析研究

采用射频磁控溅射方法在不同的溅射功率下制备了掺杂Ga元素的ZnO透明导电薄膜材料(ZnGa₂O₄, GZO),在GZO薄膜的制备过程中,溅射功率会对样品的组分配比产生影响,从而导致GZO薄膜的性能产生差异。文中利用皮秒激光诱导击穿光谱技术(PS-LIBS)对GZO薄膜进行了微烧蚀分析,对GZO薄膜的关键元素浓度比进行了快速定量分析研究。结果表明GZO薄膜的光学性能与元素谱线强度比之间存在一定的联系,随着溅射功率的增加,Zn/Ga的谱线强度比值与浓度比呈现出一致的变化,Ga元素的含量与样品的禁带宽度变化一致。同时,使用玻耳兹曼斜线法与斯塔克展宽法对等离子体温度与电子密度进行了计算。所有结果表明,PS-LIBS技术可以实现GZO薄膜关键组分配比的快速分析,为磁控溅射法制备GZO薄膜的工艺现场的快速性能分析、制备参数的实时优化提供了技术参考。     

声光复合的激光清洗飞机蒙皮实时监测(特邀)

飞机蒙皮的老化油漆去除是飞机保养维修的重要步骤。较传统的化学清洗方法,采用激光进行清洗具有效率高,污染小等优势,但较高能量的激光存在过度清洗导致基底损伤的问题,所以对清洗过程的实时监控以便及时对激光器做出反馈非常重要。针对此问题提出了基于声光复合法的实时监测方式,在清洗过程中分别对光和声信号进行采集分析。其中对于光谱检测法,采用了激光诱导击穿光谱对不同漆层的差异元素的不同特征峰进行标定,实现不同漆层的反演;声信号检测法是通过对比分析激光烧蚀不同漆层所产生声信号的强度和频率,进行对应漆层的确定,再通过两种方法的结合对比反推回漆层的清洗情况与去除效果,研究表明声光复合法可以实现激光除漆过程的准确实时监控。     

基于二元布气的大气压等离子体沉积TiO2功能层提高陶瓷表面绝缘性能

真空/固体介质界面的绝缘性能相对较低,真空沿面闪络现象时有发生,严重威胁高压电气设备、脉冲功率系统的安全可靠运行。为提高陶瓷材料在真空中的表面绝缘性能,该文采用大气压等离子体沉积技术,以钛酸四乙酯与乙醇的混合溶液为前驱物,利用二元布气的反应器在陶瓷表面沉积二氧化钛（TiO₂）薄膜。通过调控沉积条件,得到均匀致密的TiO₂功能层,并对沉积改性前后材料表面的理化特性、表面电荷特性、电荷陷阱分布以及在真空中的沿面闪络特性进行测量和表征。实验结果表明：当基底温度为25℃时,大气压等离子体沉积处理在陶瓷表面引入TiO₂功能层后,样品表面陷阱能级最低,电荷消散速度最快,与未处理样品相比,闪络电压提高39%;当基底温度升高至80℃时,TiO₂功能层致密均匀,样品表面陷阱能级最高,电荷陷阱逐渐变为深陷阱,闪络电压提高58%。通过大气压等离子体改性技术在绝缘材料表面沉积TiO₂功能层,能够有效提高陶瓷的表面绝缘性能,为后续工程应用提供新的改性途径。     

工频叠加谐波电压下温度对全膜电容器绝缘介质击穿特性的影响北大核心CSCD

随着非线性用电设备在工业领域的大量应用,电网中的谐波含量日渐增多,对应用于系统中的全膜电容器带来很大的危害。为了研究工频叠加谐波电压下温度对全膜电容器绝缘介质击穿特性的影响,文中以全膜电容器元件为对象,在40、55、70、85℃下分别对全膜电容器元件在工频电压、工频叠加3次谐波电压、工频叠加5次谐波电压下进行了短时击穿试验,得到了工频叠加谐波电压下温度对全膜电容器绝缘介质击穿特性的影响规律。试验结果表明,在相同电压类型下,全膜电容器绝缘介质的击穿场强随着温度的升高而下降。且在40~85℃的范围内,全膜电容器元件在同一温度下的特征击穿场强随着谐波次数的增大而降低。     

FLTD气体开关绝缘结构优化设计北大核心CSCD

FLTD气体开关结构紧凑,绝缘子的内表面沿面闪络以及放电后的电极溅射都会导致其绝缘劣化,严重影响开关的使用寿命。为防止绝缘子闪络,通过刻槽来增大沿面距离,同时增设绝缘屏挡防止电极溅射,提高开关的绝缘防护能力。通过COMSOL建立开关电场仿真模型,分析沿面距离、刻槽深度和刻槽宽度等参数对绝缘表面场强的影响规律,研究结果表明增大沿面距离,增大刻槽深度及宽度都可以有效改善沿面电场分布;仿真分析对比绝缘屏挡与金属屏挡对开关电场的影响,可知绝缘屏挡对开关主间隙间的电场无影响,而且提高了沿面距离,具有更好的防闪络和防溅射效果。根据仿真结果对开关绝缘结构进行优化设计,从而延长开关绝缘子的使用寿命。     

110kV复合I型绝缘子鸟粪闪络影响因素研究

鸟粪闪络是架空输电线路涉鸟故障的主要形式之一,严重影响电网的运行可靠性。为明确不同因素对110 kV复合I型绝缘子鸟粪闪络的影响情况,通过设计并搭建试验平台模拟鸟粪闪络试验,研究鸟粪粘度、电导率、有无均压环对鸟粪闪络的影响;通过电场仿真,研究鸟粪滴落路径对鸟粪闪络的影响。结果表明,在距离复合绝缘子大伞裙边沿15~21 cm情况下,鸟粪粘度越大,闪络概率越高,粘度相同,鸟粪电导率越大,闪络概率越高;复合绝缘子安装均压环比不安装时更易发生闪络; 鸟粪平面与导线平面越靠近,临界闪络距离越大且不呈线性关系。