Устройство для визуализации структуры токового канала скользящего разряда

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 9)55 6 01 й 29/1 ОБР ТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТ ОМ К АВТ а эл титут им. .А,Плато.Г.Яббаурки иков(5 одно Яе,Я толщ ско гов про что ры т соде лен верх халь вод туру при 40 - ют и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ. СССР 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ТОКОВОГО КАНАЛА СКОЛЬЗЯЩЕГО РАЗРЯДА(57) Изобретение относится к физическим методам исследования газовых разрядов. Цель изобретения - увеличение информативности процесса визуализации з Изобретение относится к физическим методам исследования газовых разрядов, а . именно к способам регистрации поверхностных электрораэрядных 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.явлейия и требующей привлечения высокоийформативных средств диаг-. ностики плазменных процессов.Цель изобретения - увеличение информативности изображения за счет анализа ализа распределения напряженности" ектрического 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 дйэлектрической подложке с поверхностным слоем из селеносодержащего халькогенидного стеклообразного полупроводника и подключенную к разрядному контуру, импульс разряда осуществляют по поверхностиродного полупроводника состава Аэ, Те,нанесенного на полимерную пленку иной 40 - 120 мкм, при этом параметр жесткости скользящего разряда, задавае- ф мый разрядным контуром, ОЙ.10, где О - амплитудное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде (В), Е - конструктивная индуктивность разрядного контура (Гн). 1 ил,пределения напряженности электричего поля и степени равномерности энерклада в канале разряда, повышение странственного разрешения структур, Поставленная цель достигается тем, в устройстве для вйзуализации структуокового канала скользящего разряда, ржащем электродную систему, закрепую на диэлектрической подложке с поностныгл слоем из селеносодержащего когенидного стеклообразного полуп рникаа и подключенную к разрядному кон, а качестве диэлектрической подложки меняют полимерную пленку толщиной 120 мкм, а поверхностный слой выполняз однородного полупроводника состаАзЯеЯТе, при этом параметр жесткостискользящего разряда, задаваемый разрядным контуром, О/ МО, где 0 - амплитуд-.ное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде, В; Е - 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 Е.Работа устройства осуществляется следующим образом.После зарядки емкостного накопителяэнергии 6 от источника 7 до заданного напряжения г. помощью блока запуска 8 вызывают срабатывание разрядника 5 и высоковольтный импульс напряжения с амплитудой О подается на высоковольтный электрод 1, с которого в сторону заземленногоэлектрода 2 по поверхностидиэлектрической 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 И . 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 0.1 Джсм, Наличие добавок теллура в халькогенидном полупроводнике обеспечивает воэможность 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 лавинностримерного перехода, так и для излучения условий формирования высокопроводящего токового канала, Изучение с;руктуры заэкспони, . рованной области в проходящем свете прикратности увеличения оптической системымикроскопа на уровне 10" показало, что в средней части области потемнения ХСП - слоя формируется тонкодисперсная структура из пузырьковых образований, которая 5 может замыкать мекэлектродный промежуток в виде сплошного или прерывистого точеч ного образования с быстрым нарастанием плотности пузырьков в приосевой зоне, Имеется определенная пространственная корреляция между 10 темнопольной и высокодисперсной пузырьковой структурами, Смещение друг от друга пузырьковых структур двух соседних стримеров говорит об электрической природе пузырьковых образований, допускающей их электростатическое рэстал кивание,Переход стримера в лидерную фазу приводит к образованию плазменной головки, что повышает уровень энергетического воз 15 действия на подложку. Это проявляется в виде прерывистой тонкой полосы ослабления потемнения в средней части заэкспонированной области ХСП-слояИзучение структуры полосы в проходящем свете позволяет говорить о начальном этапе термического испарения регистрирующего слоя и 25 образования пузырьковых формирований вдоль границ полосы просветления, что повышает контрастность изображения и урощенной фазе с образованием высокопроводящего токового канала приводит к увеличению теплового воздействия на подложку 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 35 40 точечной линии оконтуривают наружную границу просветленного эроэионного канала с быстрым снижением плотности пузырьков при удалении от области протекания тока и полным отсутствием их в остаточном 45 русле Анализ закономерностей изменения электрического поля в стримерной, лидерной и завершенной фазах разряда говорит о наличии механизма ослабления поля в канале стримера и выносе его на края токовых образований за счет высокой электропроводности плазмы. Характер изменения напряженности электрического поля на границе канала соответствует изменению плотности пузырьковых структур. что позвсляет, наряду с учетом других закономерностей формирования высокодисперсных точечных образований, рассмотреть возможность ионизационного механизма получения подобных плазмоструктурных 30 вень пространственного разрешения. Пробой газового промежутка в завер5 10 15 20 30 35 50 превращений в ХСП-слое с легкоиспаряющейся добавкой в виде серы. При толщине подложки 100 мкм и пробойном напряжении О 30 кВ реализуется составляющая напряженности поля Е 110 В м, 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 Е 1 на границах плазменных структур,Канал завершенного скользящего разряда регистрируется в виде замыкающей межэлектродный промежуток составной полосы шириной до0,3 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 внут2риканальную структуру искрового разряда. Обнаружена радиальная и осевая неоднородности искрового автографа, возможность распада сильноточного канала нэ стримерные структуры по мере приближения к заземленному электроду. показано нэличие процессов замыкания стримеров на сильноточный канал разряда, Возможность анализа степени неоднородности энерго- вклада с газовый разряд реализуется путем снятия денситограмм 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 селеносодержащих пленках ХСП, За счет уменьшения толщины диэлектрической подложки.со слоем ХСП до Ь120 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 й120 мкгл и пробойном напряжении О - 30 кВ реализуется составляющая на-пряженности поля Е 1 10 В м , что создает 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 иэ строя. Увеличение толщины диэлектрической подложки свыше 120 мкм снижает составляющую напряженности поляЕ 1, что приводит к ослаблению эрозионного и ионизационного механизмов получения плазмоструктурных превращений в слое ХСП. Повышение степени пространственного разрешения изображения обеспечивается использованием регистрирующего слоя состава Аз ЯеЗТе, 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 легкоиспаряю щейся компонентой, облегчающей получение высокодисперсных газовых пузьгрьков с диаметром на уровне 3 мкм, Наличие серы в составе ХСП-слоя при толщине последне- го не более 1 мкм также способствует уменьшению энергетических потерь за счет большого теплового сопротивления полупроводника. Пространственное разрешение способа повышается также за счет малой теплопроводности диэлектрйческой подложки. выполненной на полиэтилентерефталатной основе, и большой скорости энерговклада, связанной с высокой степенью жесткости разряда О/10 В/Гн. Уменьшение жесткости 10 В/Гн снижает скорость энерговклада в поверхностный газовый разряд, приводя к переходу от апериодической формы импульса к периодическому импульсу искрового разряда, что ухудшает пространственное разре- шение,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 селеносодержа1755217 щего халькогенидного стеклообраэного полупроводника и подключенную к разряднбму.контуру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения информативности изображения эа счет распределейия напряжен ности электрического поля и степени энерговклада в канале разряда, повышения пространственного разрешения структур, в качестве диэлектрической подложки использована полимерная пленка толщиной 10 Г Составитель С. ДвининРедактор Н, Горват . Техред М,МоргенталКорректор А. Козо Подписноезобретениям и.открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., 4/5 но-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина оиэво Заказ 2891 Тираж, ВНИИПИ Государственного комитета и 113035, Москва Ж 840-120 мкм с поверхностным слоем, выполнейным из однородного полупроводника состава Аз 8 еЗТе, при этом параметр жесткости скользящего разряда, заадаваемый разрядным контуром ОП.10, где О - амплитудное значение импульса напряжения на высоковольтном электроде, В; . - конструктивная индуктивность разрядного контура, Гн.