半导体桥（SCB）雷管

本发明介绍的是用半导体桥点火器起爆高密度猛炸药材料的低能雷管,半导体桥点火器由与半导体桥连接的一对导电区组成,半导体桥作用时或者直接与爆炸材料接触,电流通过半导体桥时使爆炸材料起爆。与导电区连接的头部导线和头部的电引线与电流通过SCB的方向同轴,即与SCB的长度同轴。     

山迪亚国家实验室半导体桥(SCB)应用研究概述

山迪亚国家实验室研究的半导体桥（ＳＣＢ）是一种成熟的技术，现由山迪亚用户用于不同用途。由于需要为系统提供体积小、重量轻、成本低，并要求少量电能作用的爆炸组件，由于本报告的目的，我们规定爆炸组件是发火装置和爆炸元件的组合。为此，由于常规点火系统不能满足用户严格的尺寸、重量和能量要求，我们设计并正在研究包括从山迪亚应用的以烟火点火器的ＳＣＢ应用。在本报告中，我们介绍了为用户设计的具有具体实例系统的ＳＣ     

低能SCB装置桥／药剂界面的优化

对发火能量低于100μL的SCB装置进行了讨论。就SCB桥本身而言，需要通过较小的桥尺寸来实现其低能性能。在SCB桥的质量和体积可比较的情况下，不同厚度的桥的电特性虽然有所差异，它们的性能却基本上是一样的。然而对于利用SCB来进行点火的含能材料来说，桥厚度的不同所带来的差异却非同小可。研究发现．桥厚度与药剂颗粒大小的比率要比桥面积与药剂颗粒大小的比率重要得多。文章对球磨BNCP在低压药压力下用于SCB点火的可靠性进行了介绍。对于颗粒尺寸大于球磨BNCP的重结晶BNCP来说，必须要在较高的压药压力下才能实现低能SCB点火。文章还对诸如叠氮化铅以及DXN-1等其它起爆药的颗粒尺寸效应作了介绍。选用合适的起爆药，尤其要注意选择合适的起爆药颗粒尺寸，SCB的点火就会非常可靠，并可利用SCB桥自身的全发火水平进行调整。总而言之，在对SCB桥／药剂界面进行优化后，可以肯定的是，只要有足够的能量来产生SCB等离子体，含能材料就会发火。     

半导体桥点火器的设计与研究

设计了两种半导体桥,对其发火能量进行估算,利用原子发射光谱双谱线法对其等离子体的温度进行测试;采用这两种半导体桥,设计得到两种不同性能的半导体桥点火器,对两种点火器进行不发火试验、发火试验以及作用时间测定.结果表明:1Ω半导体桥满足1A、1W、5min不发火要求,在28μF、27V的发火条件下,平均作用时间为363μs;3Ω半导体桥满足0.6A、1W、5min不发火要求,在28μF、50V发火条件下,平均作用时间为147μs.     

半导体桥起爆器发火特性

讨论了有关半导体桥起爆器的实验并对其进行了统计发火测试,描述了其对直流电、电空放电、射频功率（ridiofregnency power)和静电放电的敏感度。如同半导体材料应具有的特点一样,还观察到了它的非线性阻尼性质（nonlinear-resistance behavior)。     

半导体桥(SCB)冲击片起爆技术研究

优化设计了硅半导体芯片及桥区参数,并对SCB冲击片起爆HNS-Ⅳ炸药及影响发火能量的因素进行了试验研究。结果表明,致密性好的SCB多晶硅,厚度为4μm时,50%发火能量低,起爆重现性好。     

不同掺杂元素对 SCB 电爆特性的影响

为研究不同掺杂元素对半导体桥电爆特性的影响规律,利用电容放电发火系统,对硼掺杂SCB和磷掺杂SCB的临界发火电压、发火时间以及发火所消耗的能量进行了测试,并做了对比分析。结果表明:在尺寸相同、掺杂浓度相同的条件下,磷掺杂半导体桥比硼掺杂半导体桥临界发火电压低;相同发火电压下,掺杂元素对发火时间的影响较小,并且磷掺杂半导体桥的发火能量比硼掺杂半导体桥的高,说明磷掺杂SCB性能优于硼掺杂SCB。     

半导体桥对含能材料的点火特性研究

在10μF钽电容放电激励下,对两种阻值相当质量不同的半导体桥(SCB)和细化的发火药剂斯蒂芬酸铅(LTNR)和叠氮化铅(PbN6)所组成的发火件进行了实验研究,根据发火件的电特性变化和发火现象发现半导体桥存在电热发火、电爆发火和等离子体发火三种情况,测试了SCB/LTNR和SCB/PbN6发火件的50%发火电压和发火时间。结果表明半导体桥的发火电压阈值不仅与发火药剂有关,还与半导体桥换能元有关,所以半导体桥的设计存在最佳质量,通过对比得知LTNR比PbN6感度高,PbN6比LTNR的燃速高。     

原子发射光谱双谱线法测量半导体桥（SCB）等离子体温度（英）

在原子发射光谱双谱线法的基础上,设计了含有两个干涉滤光片和光电倍增管双谱线测温系统。仪器的最高的时间分辨率为0.1μs。讨论了不同能量输入条件下SCB等离子体的温度和等离子体的存在时间。实验结果表明在电压24~32 V,电容68μF不变的情况下,等离子体的温度从2710 K升高到3880 K,等离子体存在时间从170.7μs上升到283.4μs。     

半导体桥电容放电特性研究

通过分析半导体桥(Semiconductor Bridge,SCB)在相同电容不同电压下的电压电流曲线和桥面的烧蚀情况,研究了SCB的放电特性。实验发现:在相同电容下,随着充电电压的升高,SCB从无等离子体到有等离子体产生,且桥面的烧蚀程度增大。在低电压无等离子体时,电压和电流几乎同时断开;高电压产生等离子体时,由于等离子体是导体,在电压断开后电流持续一段时间断开。小电容放电时,其时间常数较小,较小的能量就可以将药剂点燃。     

以铝钨为金属层的半导体桥等离子气体电子密度检测

为了更好地理解半导体桥的放电性能,我们用微波谐振探测技术对半导体的等离子气体电子密度进行了检测。这一方法简便易用,而且在真空中（≤10^-5Torr)测量半导体桥所产生的随时间变化的等离子气体密度时是非常灵敏的。这一与时间相关的技术方法是建立在对冷等离子气体介电常数测量的基础之上的。SCB所产生的等离子气体会导致探头的谐振频率产生一个偏移。在这个应用中,由于屏蔽效应、细小的桥区域以及未知的复合离子因素,使得使用本方法要比用Langmuir探测法效果好得多。我们的实验结果表明,随着输入能量的增加,SCB所产生的等离子气体的电子密度也趋于增加,但钨金属层半导体桥所产生的等离子气体中的电子密度,在输入能量很高时基本上恒定不变。     

半导体桥火工品点火过程中桥体电压-电流特性

为研究半导体桥点火的特性,分析了半导体桥的结构特点和电阻特性,根据桥体的工作过程建立了半导体桥电特性的计算模型,对不同几何尺寸的桥体和相同尺寸下不同氧化层厚度的桥体进行数值模拟,分析了整个过程中半导体桥两端电压和电流的变化趋势.数值模拟得到3个不同桥体尺寸的电压-电流曲线.结果表明,桥体几何尺寸越大,达到熔点所需要的电压越高,即所需要消耗的输入能量越多.     

半导体桥电流电压特性理论仿真研究

通过试验获得了充电电容对半导体桥(SCB)放电过程中SCB两端的电压以及流过SCB的电流,利用分段计算电阻值变化方法,得到了SCB的温度与电阻的关系,然后运用该关系模拟了SCB的电压——时间和电流——时间的关系曲线。该模拟方法主要从SCB电爆特性的物理意义出发,无需大量的数学束缚条件,且得到的模拟数值与试验结果基本一致。     

瞬态电压抑制二极管对半导体桥换能元电爆特性影响的模拟

为了解决瞬态电压抑制二极管(TVS)用于半导体桥火工品抗静电设计的参数优化问题,采用电路模拟和试验相结合的方法,构建了电容放电发火测试电路等效模型和半导体桥PSpice电子器件模型,研究了TVS参数对半导体桥换能元电爆特性的影响。结果表明,当钽电容等效串联电阻为288 mΩ,钽电容等效串联电感为0.68μH,导线电感为40 nH和回路电阻为3.3 mΩ时,22μF/16 V电容放电发火电路的等效电路模型和实际吻合。以阻抗-能量列表模型的方式创建的半导体桥PSpice电子器件模型模拟曲线和实际曲线吻合,且模拟电爆数据偏差小于3%。模拟和试验结果表明,TVS对半导体桥电爆性能的影响程度随着其击穿电压的升高而降低。当TVS的击穿电压在8～12 V之间时,即使TVS击穿电压低于半导体桥发火电压,半导体桥仍能正常爆发,TVS击穿造成的分流导致半导体桥爆发延迟(2μs),且延迟时间随着TVS击穿电压的降低而延长。     

半导体桥上尖角、圆孔对其电爆性能的影响（英）

设计了14种带有尖角和圆孔的半导体桥,研究了在电容放电发火条件下尖角、圆孔对其发火时间、发火所消耗的能量等性能参数的影响规律,并从半导体桥的作用机理方面对实验结果进行了分析.结果表明,SCB上V型尖角使得SCB发火时间和发火所消耗的能量明显降低,而圆孔对SCB发火性能影响不明显.