阴极曲率半径对微米尺度气隙击穿的影响规律研究

微米尺度气隙击穿特性研究对微结构绝缘性能评价和微放电等离子体应用具有重要意义。该文建立了微米气隙击穿的二维物理模型，利用粒子模拟/蒙特卡洛碰撞(PIC/MCC)方法开展微米气隙击穿过程中电场分布及带电粒子的仿真研究，得到阴极的曲率半径对于微米气隙电场分布、带电粒子分布以及击穿路径的影响规律，并结合实验结果对仿真结果进行了验证，最后讨论分析极不均匀场下微米空气气隙击穿物理过程。结果表明，阴极曲率半径R0对微米尺度击穿特性的影响规律主要分为两个阶段：当R0<5μm时曲率半径的变化对电场畸变的影响较大，进而导致击穿电压变化较大；当R₀>5μm时R₀对电场畸变的影响逐渐变小，对击穿电压影响减弱。当间隙距离d为5μm时阴极场发射电流占总电流的95%以上，证明了场致电子发射成为击穿的主导机制。同时，阴极表面的放电区域面积随曲率半径的增加而增大，进而导致击穿电流增大。研究结果有助于进一步分析和理解微米尺度击穿过程的影响因素及其微观作用机制。