对真空绝缘问题中“场致增强系数”概念的研究

本文的目标是研究真空绝缘问题中,较高的场致增强系数所可能对应的实际电极表面几何形貌。通过耦合基于波函数阻抗法的热-场致发射电流密度计算、基于电子轨迹法的空间电荷计算和微凸起内的电磁热计算,建立了电极表面微凸起的热-场致发射计算模型。通过对比具有相同场致增强系数的单个微凸起和多个叠加微凸起,发现更可能引起真空击穿的是单个的尖锐微凸起的高场致增强系数,而非多个具有较小场致增强系数的微凸起组合产生的高场致增强系数。结合本文的计算结果和文献中的实验、计算结果,发现原子级微观缺陷导致的局部逸出功下降,是实验测定出不合理的较高场致增强系数最有可能的原因。     

表面电荷效应对场限环优化设计的影响

本文利用计及表面电荷的柱面结电场分布表达式，并根据场限环优化条件，首次建立了单场限环表面电荷效应优化模型，得到了考虑表面电荷效应后，优化单场限环洁构击穿电压以及优化环间距的归一化计算公式。分析了表面电荷密度对场限环结构耐压和优化环间距的影响，计算结果与文献中的数值模拟结果相符合，推得的公式可应用于场限环结构的实际设计。     

单场限环结构击穿电压的表面电荷效应分析

本文利用计及表面电荷的柱面结电场分布表达式，并根据场限环优化条件，首次建立了单场限环表面电荷效应优化模型，得到了考虑表面电荷效应后，优化单场限环结构击穿电压以及优化环间距的归一化计算公式．分析了表面电荷密度对场限环结构耐压和优化环间距的影响，计算结果与文献中的数值模拟结果相符合，推得的公式可应用于场限环结构的实际设计     

CO2激光诱导空气等离子体放电通道特性研究

为了研究高能脉冲CO₂激光诱导空气等离子体放电通道的特性,建立了高压电容充放电实验平台,激光束经离轴抛物聚焦镜汇聚,引发间距可调的盘状电极和针状电极之间的等离子体放电通道。利用电气参量测量、发射光谱测量等手段,分析了等离子体放电通道的启动特性、阻抗特性和等离子体密度。结果表明,激光束与放电方向同轴的结构以及较大的脉冲能量,使得激光诱导等离子体放电通道的启动时间大幅缩短,50mm间距的等离子体通道,启动时间约为2μs;激光诱导等离子体放电通道的阻抗很小,约1Ω~2Ω,并且阻抗值随放电电压的增加有减小的趋势,而与等离子体通道长度的关系不明显;由谱线的Stark展宽计算获得的空气击穿之后、放电启动之前的等离子体电子密度约为1019cm-3,尽管放电启动时等离子体辐射显著增强,但等离子体密度近乎单调下降。这些结果将有利于高能脉冲CO₂激光诱导空气等离子体放电通道的应用研究。     

荫罩式等离子体复合放电驱动波形的研究

提出了一种适合三电极荫罩式PDP结构的新型高效复合放电驱动波形.采用二维流体模型研究了三电极荫罩式PDP结构复合放电驱动波形的放电过程,分析了空间电位、壁电荷及带电粒子分布的演变情况.讨论了复合放电驱动波形维持期寻址电极电压对放电特性的影响,计算了维持期真空紫外辐射功耗、放电效率的变化趋势以及电子平均浓度随时间的变化关系,并与传统表面放电驱动波形比较.结果表明复合放电驱动波形在响应频率、放电强度和放电效率等方面均优于传统表面放电驱动波形.     

电晕风强化大功率LED散热研究

针对大功率LED传统散热方式的不足，设计一种“线－网”式离子风散热器，通过实验研究不同放电间隙、过电压、线电极直径、线－线间距下散热器性能的变化。结果表明，在相同网状电极密度下，起晕电压随放电间隙的增加而增加，电荷密度和离子风速随过电压增加呈正比例变化，与放电间隙的平方成反比，当网格密度为3ｃｍ-2，放电间隙为5ｍｍ时，采用0.15ｍｍ线径的线电极产生的离子风呈最佳状态，当线－线间隙大于或小于最佳值时，系统散热性能降低。     

不同气压条件下空气介质阻挡放电的特性

建立了一套放电装置,放电室内的空气压力可调。设计并制作了单面梳状和平行双平面两种电极板,在不同气压环境下进行空气介质阻挡放电实验。拍摄记录了放电现象,采用电荷-电压(q-V)法处理了放电的有关测量数据,对实验结果进行了分析。研究结果表明,空气介质阻挡放电的特性变化与放电环境气压有关。在各种气压条件下,该文的介质阻挡放电均呈脉冲群间歇性;随着放电环境气压减小,放电由常压下的粗大流注电晕逐渐变成细而密集的细丝状微流注电晕,直至融合为貌似辉光放电;放电脉冲群的密度和宽度也随气压降低而增加,但脉冲幅值减小。放电的有功功率随气压变化并非单调增减,当放电气压约为0.04 MPa时,消耗的有功功率最小,常压下和近真空时放电的有功功率都要大得多。     

等离子体平板背光源单元放电特性的研究

采用粒子网格-蒙特卡罗碰撞(PIC-MCC)方法对等离子体平板背光源单元的放电过程进行了数值模拟,获得了放电过程中各带电粒子在空间区域的分布以及各区域的形成和性质,并结合模拟结果,详细分析了等离子体平板背光源单元的放电特性.结果表明,放电单元采用大电极间距可获得正柱区放电,正柱区的形成是正离子在阴极鞘层区不断积累将电位抬高所致.通过增加电极间距以增加正柱区的长度,可以有效地改善放电特性,从而提高背光源的发光效率.     

10Gbit/s InGaAs/InP雪崩光电二极管

基于InGaAs/InP吸收区、渐变区、电荷区和倍增区分离雪崩光电二极管(SAGCMAPD)器件结构,利用数值计算方法,模拟了各层参数对器件频率响应特性的影响.模拟结果表明,吸收层、倍增层厚度及电荷层面电荷密度可影响器件的-3 dB带宽;随增益的增加,器件带宽会逐渐降低;电荷层面电荷密度对器件击穿电压有明显影响.结合此模拟结果,制作出了高速InGaAs/InP雪崩光电二极管,并对器件进行了封装测试.测试结果表明,该结果与模拟结果相吻合.器件击穿电压为30 V;在倍增因子为1时,器件响应度大于0.8 A/W;在倍增因子为9时,器件暗电流小于10 nA,-3 dB带宽大于10 GHz,其性能满足10 Gbit/s光纤通信应用要求.     

Chang电极的三维电场分布计算

采用电荷模拟法对依照 Ｃｈａｎｇ 造型设计的一种 Ｔ Ｅ Ａ Ｃ Ｏ２激光器放电电极的三维电场分布进行计算分析,找到电极表面场强相对于设定均匀场强的最大偏差及其位置,为进一步获得均匀场电极的造型提供了依据。     

铁电冷阴极材料电子发射实验研究

铁电冷阴极材料是一种在脉冲电压激励下从铁电表面获得很强的脉冲电子发射的新型功能材料。如何提高该材料的发射电流密度、束发射度和束亮度,是其研究的一个热点。本实验采用硅橡胶,清漆作为底电极表面及栅电极边缘的绝缘保护层,避免了表面放电现象,使得激励场强增大,从而极大地提高了铁电冷阴极材料的发射电流密度,最高达187 A/cm2,从归一化均方根发射度εn(m·rad)和归一化峰值亮度βn(A/m2·rad2)理论计算值来看,也大大改善了材料的束发射度和束亮度。     

Dependence of the electric field on accumulation of a homocharge on the surface of a solid insulator

Under certain conditions, the insulator surface may be charged negatively near the cathode and positively near the anode. Taking into account the surface charges, the electric field is calculated as a function of insulator length-and for two solid insulator materials at the interface, at the interior of the solid insulator and in the gap (gaseous or vacuum). An enhancement in the field is observed at the surface of the insulator at locations away from the electrodes and a reduction is observed near both electrode junctions. The effect on the withstand voltage of the insulating gap is briefly discussed.     

待定系数法计算场致发射体阴极表面场强和发射电流密度

在计算场致发射体阴极发射电流时 ,影响发射电流的主要因素是阴极表面的电场强度。由于发射电流密度的大小和阴极表面场强呈指数关系 ,阴极表面场强很小的变化将引起发射电流的剧烈变化 ,所以提高阴极表面场强的计算精度是至关重要的。本文提出了一种计算阴极表面场强的新方法——待定系数法 ,并用该方法计算了一个二极管场致发射体的阴极表面电场强度和电流密度。     

Measurement of intense microwave field patterns using a neon glow indicator lamp

A novel method using small neon glow lamps with electrodes is developed for measuring intense microwave field patterns. When the lamp axis coincide with the electric field direction, the lamp discharge starts at the feeblest microwave electric field strength. Therefore, the lamp axis shows the field direction and the discharge starting indicates the field strength. The field strength for starting the microwave discharge is less than the strength for AC discharge, because of its low loss discharge mechanism. In the experiments using a microwave oven, it has been demonstrated again comparing with the simulated results that the method is able to use for measuring the intense electric field strength and direction.     

电容放电对开关型本质安全电源影响的研究

开关电源在输出端并联有电容,属于电容性电路,当电路短路或闭合时,电容中储存的电能突然释放产生电火花,当能量超过了周围爆炸性混合物的最小点燃能量时会引起爆炸。电容电路的放电是一种最常见或基本的放电形式,研究电容性电路的放电特性对本质安全电源的影响意义重大。本文对电容性放电特性进行短路放电研究,在此基础上给出了一种解决方法和实用原理电路。此电路能够抑制电容放电产生火花对研制直流本质安全电源具有较大的实际应用价值。     

微空心阴极放电的仿真研究进展

微空心阴极放电是一种典型的非平衡高压微放电,可以在较低的放电电压下产生高浓度的稠密等离子体,研究潜力巨大.分析比较了目前主要的仿真模型:蒙特卡罗模型、流体模型、动力学模型(以粒子-蒙特卡罗模型为主)、混合模型和等效电路模型.这些模型均可以用于探索放电系统内部的发展规律:微空心阴极放电经历反常辉光放电、自脉冲和正常辉光放电三个阶段,最终达到放电稳态.其中自脉冲阶段等离子体密度达到峰值,是当前研究的热点.     

A physical simulation model for field emission triode

A simple but accurate physical model, which can be incorporated into circuit simulation programs such as SPICE for the field emission triode (FET), is developed. The model is based on the Fowler-Nordheim (F-N) current density-electric field (J-E) relationship. An electric field form is adopted to calculate the current density distribution along the surface of the sphere-shape tip. The cathode current is obtained by integration of the current density over the emission surface. The gate current is derived by the same integration, but over part of the emission area. A procedure to extract the values for the parameters of the model is also given. The model and the procedure has been applied to experimental devices to demonstrate its accuracy     

套球壳型非接触式交流验电装置研究

该文提出一种基于套球壳型电场探头的非接触式交流验电装置。套球壳型结构类似差分结构,可消除共模干扰噪声的影响。建立套球壳型结构的电场分布理论模型,得到外球壳表面的感应电荷密度和电场探头的灵敏度表达式。提出电场探头的等效电路模型,并设计了接口电路,最终成功研制出非接触式交流验电装置样机。测试结果表明:已研制样机的电压输出与施加电场之间有良好的线性关系,线性度达到0.66%,并且测试结果与计算结果有较好的一致性;当样机在0～45°范围内转动时,其输出的电压值仅降低了4.0%,说明验电装置的小角度旋转基本上不影响验电的准确性;越接近输电线路,样机输出的电压值的增大速度越快,阈值易于识别,说明越容易验电。     

具有补偿埋层的槽型埋氧层SOI高压器件新结构

A new silicon-on-insulator(SOI) high-voltage MOSFET structure with a compensation layer on the trenched buried oxide layer(CL T-LDMOS) is proposed.The high density inverse interface charges at the top surface of the buried oxide layer(BOX) enhance the electric field in the BOX and a uniform surface electric field profile is obtained,which results in the enhancement of the breakdown voltage(BV).The compensation layer can provide additional P-type charges,and the optimal drift region concentration is increased in order to satisfy the reduced surface electric field(RESURF) condition.The numerical simulation results indicate that the vertical electric field in the BOX increases to 6 MV/cm and the B V of the proposed device increases by 300%in comparison to a conventional SOI LDMOS,while maintaining low on-resistance.     

碳纳米管冷阴极Pierce电子枪

为发展场致发射冷阴极毫米波电真空辐射源器件, 对利用大面积碳纳米管冷阴极产生大电流、高电流密度电子注的电子光学系统进行了研究.通过在Pierce电子枪阴极表面引入栅网结构, 解决了碳纳米管冷阴极场致发射所需的强电场和电子聚束问题.在碳纳米管冷阴极实验测试数据的基础上, 采用粒子模拟软件对上述电子光学系统进行了仿真.研究了栅网对注电流、注腰半径和电子注散射的影响, 分析了阳极电压和外加轴向磁场对电子注的聚束作用.优化后的仿真结果表明在阴极发射面为3.03 cm2时, 该电子光学系统能够产生210 mA、60 kV, 电流密度为6.7 A/cm2, 最大注半径为1mm的电子注.