極小pd下における放電現象に関する研究

极小局放下的放电现象研究

• 批准号: 20K14712
• 负责人: 岩渕 大行
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Shonan Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14712/
• 关键词: 部分放電; 沿面放電; 電界電子放出; 電子デバイス; パッシェンの法則; 放電現象

数μm以下の微小なギャップ（以下マイクロギャップと記す）における絶縁破壊（放電）現象の解明は、デバイスなどの信頼性を確保するうえで重要な課題である。特に近年の微細加工技術の発達に伴い、気体中や絶縁物表面の微小ギャップにおける絶縁破壊現象が大きな問題とされるようになり、マイクロギャップ間の絶縁破壊現象に関する研究が盛んにおこなわれるようになっている。しかしながら、これまでの研究報告は大気圧環境下での使用を暗黙の前提として実施されたものであり、機器、デバイスの絶縁設計上不可欠となる雰囲気気体圧力の影響を考慮した放電機構に関する検討が全くなされていないのが現状である。そこで本研究では高精度電流測定・絶縁破壊時間遅れ特性測定とシミュレーションを組み合わせたシステマティックな研究により、低気圧・微小ギャップ環境下における絶縁破壊メカニズムを明らかにし、微小なギャップを有するデバイスの絶縁設計の高度化に不可欠な知見を提供することを目的とする。本年度は、低気圧環境下での絶縁破壊特性測定に向けたチャンバ排気系の整備および回路系の構築を行い、低気圧環境下でのV-t特性を取得した。その結果、圧力を1/10atm, 1/100atm、ギャップ長を1-10μmとした場合の放電現象には強い極性効果がみられた。とくに負極性電圧印加時は負極を起点とした放電となり、高圧電極のみに溶融が発生した。ここから、低気圧環境下での放電現象には電界電子放出が強く影響していることが示唆される。

阐明几微米或更小的微间隙（以下简称微间隙）中的介电击穿（放电）现象是确保器件可靠性的重要问题。特别是，近年来，随着微细加工技术的发展，气体中或绝缘体表面的微间隙中的介电击穿现象已成为主要问题，对微间隙间的介电击穿现象的研究变得活跃。然而，迄今为止的研究报告都是在大气压环境下使用的隐含前提下进行的，并且研​​究了考虑大气压影响的放电机制，这对于设备和装置的绝缘设计至关重要，目前的情况是，根本没有采取任何行动。在本研究中，我们进行了高精度电流测量、介质击穿延迟特性测量和仿真相结合的系统研究，以阐明低压、微间隙环境下的介质击穿机理，并改进器件的绝缘设计目的是提供进步所必需的知识。今年，我们改进了腔室排气系统，构建了低压环境下测量介质击穿特性的电路系统，获得了低压环境下的V-t特性。结果，当压力为1/10atm、1/100atm并且间隙长度为1-10μm时，在放电现象中观察到强极性效应。特别是，当施加负极性电压时，从负极开始放电，并且仅在高压电极处发生熔化。这表明场电子发射对低压环境下的放电现象有很大影响。

项目成果

Polarity Effect of Breakdown Characteristics across Micrometer-scale Surface Gap

微米级表面间隙击穿特性的极性效应

• DOI: 10.1541/ieejfms.140.342
• 发表时间: 2020
• 期刊: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials
• 作者: Iwabuchi Hiroyuki;Oyama Tsutomu;Kumada Akiko;Hidaka Kunihiko
• 通讯作者: Hidaka Kunihiko

Polarity effect of breakdown characteristics across micrometer‐scale surface gap

• DOI: 10.1002/eej.23316
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: Electrical Engineering in Japan
• 影响因子: 0.4
• 作者: H. Iwabuchi;T. Oyama;A. Kumada;K. Hidaka

A Systematic Comparison of Intense-Mode Vacuum Arc Between CuCr and AgWC Electrode by Using Various Optical Diagnostics

• DOI: 10.1109/tps.2020.2992675
• 发表时间: 2020-06
• 期刊: IEEE Transactions on Plasma Science
• 影响因子: 1.5
• 作者: Y. Inada;R. Kikuchi;H. Nagai;Y. Yamano;M. Maeyama;H. Iwabuchi;A. Kumada;K. Hidaka;E. Kaneko

mmオーダ沿面ギャップにおける放電シミュレーション

毫米级爬电间隙放电仿真

• 发表时间: 2021
• 作者: 岩渕大行