Устройство для визуализации структуры токового канала скользящего разряда Советский патент 1992 года по МПК G01R29/14 

скользящего разряда, задаваемый разрядным контуром, U/L 108, где U - амппитуд- но значение импульса напряжения на высоковольтном электроде, В; L - конструктивная индуктивность разрядного контура (Гн).

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство состоит из электродной системы, образованной высоковольтным электродом 1 и заземленным электродом 2, а также диэлектрической подложкой 3 с нанесенным на нее слоем ХСП 4, Для формирования импульса напряжения на высоковольтном электроде 1 служит разрядный контур, состоящий из разрядника 5, емкостного накопителя энергии 6, регулируемого источника высокого напряжения 7 и блока запуска разрядника 8. Разрядный контур имеет конструктивную индуктивность L-9.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

После зарядки емкостного накопителя энергии 6 от источника 7 до заданного напряжения с помощью блока запуска 8 вызывают срабатывание разрядника 5 и высоковольтный импульс напряжения с амплитудой U подается на высоковольтный электрод 1. с которого в сторону заземленного электрода 2 по поверхности диэлектрической подложки 2 с нанесенным на нее слоем ХСП 4 развивается токовый канал поверхностного газового разряда, проходящий последовательно лавинную, стримерную, лидерную и завершенную фазы, последняя из которых может быть реализована в виде искрового или однородного скользящего разряда, в зависимости от толщины подложки 3 со слоем ХСП 4 и уровня жесткости разряда U/L Высокая фототермическая чувствительность пленки позволяет в реальном масштабе времени регистрировать путем потемнения ХСП слоя стримерную фазу, плотность энергии излучения которой на поверхности подложки находится на уровне О, I Дж . Наличие добавок теллура в халькогенидном полупроводнике обеспечивает возможность регулирования энергетической широты регистрирующего слоя. Это позволяет по фототермическому отклику на подложке говорить о степени однородности плазмы в стримерном канале, что важно как для исследования механизмов лавинностримерно- го перехода, так и для излучения условий формирования высокопроводящего токового какала. Изучение структуры заэкспони- рованной области в проходящем свете при кратности увеличения оптической системы

микроскопа на уровне 10 показало, что в средней части области потемнения ХСП - слоя формируется тонкодисперсная структура из пузырьковых образований, которая

может замыкать межэлектродный промежуток в виде сплошного или прерывистого точечного образования с быстрым нарастанием плотности пузырьков в при- осевой зоне. Имеется определенная про0 странственная корреляция между темнопольной и высокодисперсной пузырьковой структурами. Смещение друг от друга пузырьковых структур двух соседних стримеров говорит об электрической природе

5 пузырьковых образований, допускающей их электростатическое расталкивание.

Переход стримера в лидерную фазу приводит к образованию плазменной головки, что повышает уровень энергетического воз0 действия на подложку. Это проявляется в виде прерывистой тонкой полосы ослабления потемнения в средней части заэкспони- рованной области ХСП-слоя. Изучение структуры полосы в проходящем свете по5 зволяет говорить о начальном этапе термического испарения регистрирующего слоя и образования пузырьковых формирований вдоль границ полосы просветления, что повышает контрастность изображения и уро0 зеиь пространственного разрешения.

Пробой газового промежутка в завершенной фазе с образованием высокопрооо- дящего токового канала приводит к увеличению теплового воздействия на под5 ложку до 1 Дж см и выше. Кроме возникающих на данном этапе эрозионных структур большую информацию о характере развития токового канала несут пузырьковые образования, которые в виде сплошной

0 точечной линии оконтуривают наружную границу просветленного эрозионного канала с быстрым снижением плотности пузырьков при удалении от области протекания тока и полным отсутствием их в остаточном

5 русле.

Анализ закономерностей изменения электрического поля в стримерной, лидер- ной и завершенной фазах разряда говорит о наличии механизма ослабления поля в ка0 нале стримера и выносе его на края токовых образований за счет высокой электропроводности плазмы. Характер изменения напряженности электрического поля на границе канала соответствует изменению

5 плотности пузырьковых структур, что позвс- ляет, наряду с учетом других закономерностей формирования высокодисперсных точечных образований, рассмотреть возможность ионизационного механизма пол- учения подобных плазмоструктурных

превращений в ХСП-слое с легкоиспаряющейся добавкой в виде серы. При толщине подложки 100 мкм и пробойном напряжении U 30 кВ реализуется составляющая напряженности поля EI 108 В , что способствует увеличению эффективной длины свободного пробега и энергии заряженных части в воздухе, бомбардирующих поверхность ХСП-слоя в стримерном канале и чехле коронного разряда, возникающего в области усиления составляющей поля EI на границах плазменных структур.

Канал завершенного скользящего разряда регистрируется в виде замыкающей межэлектродный промежуток составной полосы шириной do 0,3 мм со значительным увеличением коэффициента пропускания ХСП-слоя в приосевой области. Увеличение просветления подложки можно связать с частичным ее уносом за счет эрозионных процессов взаимодействия плазменного канала с материалом ХСП-слоя. Такой способ регистрации сильноточных каналов впервые позволяет визуализировать с разрешением на уровне 10 штрихов/мм внут- риканальную структуру искрового разряда. Обнаружена радиальная и осевая неоднородности искрового автографа, возможность распада сильноточного канала на стримерные структуры по мере приближения к заземленному электроду, показано наличие процессов замыкания стримеров на сильноточный канал разряда. Возможность анализа степени неоднородности энерговклада с газовый разряд реализуется путем снятия денситогрзмм изменения уровня пропускания пленки по ширине и длине автографа токового канала

Высокая информативность регистрации пространственной структуры разряда обусловлена организацией комплексного действия плазменных механизмов получения структурных превращений на селеносодер- жащих пленках ХСП. За счет уменьшения толщины диэлектрической подложки со слоем ХСП до h :S 120 мкм сила электромагнитного прижатия канала разряда к диэлектрику обеспечивает действие эрозионных механизмов просветления регистрирующего слоя вплоть до полного уноса материала полупроводника из приосевой области автографа плазменного канала. При h 120 мкм и пробойном напряжении U 30 кВ реализуется составляющая напряженности поля EI 10 Вм , чтосозда- ет условия для эффективной реализации ионизационных механизмов получения прозрачных пузырьковых структур вдоль границ следа токового канала на пленке ХСП.

Уменьшение толщины диэлектрической подложки ниже 40 мкм приводит к значительному снижению электрической прочности диэлектрика, его пробою и выходу из

строя. Увеличение толщины диэлектрической подложки свыше 120 мкм снижает составляющую напряженности , что приводит к ослаблению эрозионного и ионизационного механизмов п олучёния

плазмоструктурных превращений в слое ХСП. Повышение степени пространственного разрешения изображения обеспечивается использованием регистрирующего слоя состава As SeSTe. Теллур позволяет

снижать светочувствительность регистрирующего слоя, что обеспечивает получение необходимой энергетической широты амплитудных переходов в плазмоструктурных образованиях. Сера способствует повышению поверхностного сопротивления полупроводника и является легкоиспаряющейся компонентой, облегчающей получение высокодисперсных газовых пузырьков с диаметром на уровне 3 мкм. Наличие серы

в составе ХСП-слоя при толщине последнего не более 1 мкм также способствует уменьшению энергетических потерь за счет большого теплового сопротивления полупроводника. Пространственное разрешение способа повышается также за счет малой теплопроводности диэлектрической подложки, выполненной на полиэтиленте- рефталатной основе, и большой скорости энерговклада, связанной с высокой степенью жесткости разряда U/L S 10 В/Ги. Уменьшение жесткости 10 В/Гн снижает скорость энерговклада в поверхностный газовый разряд, приводя к переходу от апери- одической формы импульса к

периодическому импульсу искрового разряда, что ухудшает пространственное разрешение.

Использование предлагаемого устройства для визуализации структуры токового

канала скользящего разряда обеспечивает по сравнению с прототипом большую информативность изображения, снижает время на процесс записи структур, исключаются затраты на специальное оборудование и его эксплуатацию, сокращается этап построения адекватной физической теории развития поверхностного газового разряда.

Формула изобретения

Устройство для визуализации структуры токового канала скользящего разряда, содержащее электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разряднб- му.контуру, отличающееся тем, что, с целью увеличения информативности изображения за счет распределения напряженности электрического поля и степени энерговклада в канале разряда, повышения пространственн ого разрешения структур, в качестве диэлектрической подложки использована полимерная пленка толщиной

0

40 -120 мкм с поверхностным слоем, выполненным из однородного полупроводника состава AsSeSTe, при этом параметр жесткости скользящего разряда, задаваемый разрядным контуром U/L Ј 10 , где U - амплитудное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде, В; L - конструктивная индуктивность разрядного контура, Гн.

Изобретение относится к физическим методам исследования газовых разрядов. Цель изобретения - увеличение информативности процесса визуализации за счет Изобретение относится к физическим методам исследования газовых разрядов, а именно к способам регистрации поверхностных электроразрядных процессов, например, скользящих разрядов, формируемых при электрическом пробое газа вблизи поверхности диэлектрика, и может быть использовано для изучения пространственной структуры токовых каналов. Такие исследования необходимы для построения физической модели формирования искрового пробоя, характеризуемой сложностью явления и требующей привлечения высокоинформативных средств диагностики плазменных процессов. Цель изобретения - увеличение информативности изображения за счет анализа анализа распределения напряженности электрического поля и степени равномерности энерговклада в канале разряда, повышение пространственного разрешения изображения. Для этого в устройстве для визуализации структуры токового канала скользящего разряда, содержащем электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разрядному контуру, импульс разряда осуществляют по поверхности однородного полупроводника состава As, Se, 5Те,нанесенного на полимерную пленку толщиной 40-120 мкм, при этом параметр жесткости скользящего разряда, задаваемый разрядным контуром, U/L 10 , где U - амплитудное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде (В), L- конструктивная индуктивность разрядного контура (Гн) 1 ил 4ы -яг „ -, распределения напряженности электрического поля и степени равномерности энерговклада в канале разряда, повышение пространственного разрешения структур. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для визуализации структуры токового канала скользящего разряда, содержащем электродную систему, закрепленную на диэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разрядному контуру, в качестве диэлектрической подложки применяют полимерную пленку толщиной 40-120 мкм, а поверхностный слой выполняют из однородного полупроводника состава AsSeSTe, при этом параметр жесткости

r S г

1

Vtat t# f

Ь

Ь J