Page 70 - 《含能材料》火工品技术合集 2015~2019
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微 芯 片 爆 炸 箔 起 爆 器 及 其 平 面 高 压 开 关 研 究 进 展                                                         171

            表 1  几种平面高压开关在 CDU 中的工作性能参数
            Table 1  Working performance parameters of several planar high voltage switches in CDU
                                              pulse life    operating voltage  peak current  rise time  trigger
            type of planar high⁃voltage switch
                                              /shots        /V            capability/A  /ns         requirements/V
            planar⁃electric explosion switch ［21］  1        1200          635-940       -           1000-2500
            planar high⁃voltage switch with SBD trigger  1  800 ［22-23］   1236 ［23］     100 ［23］    50 ［23］
                                                            1500 ［24］     1730 ［24］     178 ［24］    90 ［24］
            planar triggered spark gap switch  about 1000  ［25］  1250-2250 ［16］  1870-3470 ［16］  120-153 ［16］  3000 ［16］


            是指利用金属桥箔电爆炸产生具有导电特性的等离子                             和一定电压范围内，开关中的 Al/CuO 复合薄膜的铝
            体，进而使桥箔两侧的主电极导通的一种单次触发高                             热反应能够提高峰值电流，并且薄膜厚度越大、调制周
            压开关。1989 年，Nerheim E 等      ［26］ 发明了一种硅基平           期越小，电流提高越显著，在无约束状态下复合薄膜对
            面电爆炸高压开关，具体制作工艺是首先在硅基板沉                             峰值电流的影响不显著。
            积两金属焊盘作触发电极，在两触发电极间沉积非结
            晶硅或者多晶硅作为桥箔，然后制作与触发回路桥箔
            垂直且具有绝缘间隙的高压电极。开关作用前先对高
            压电极的两端充高压，触发回路采用恒流源激励，使非
            结晶硅或多晶硅桥箔发生电爆炸产生导电等离子体云
            团，进而导通高压电极间的绝缘间隙，实现短脉冲大电
            流输出，完成高压开关的功能。
                                                                图 6  沉积 Al/CuO 的平面电爆炸高压开关        ［29］
                2012 年，张欢   ［27］ 设计并制备了六种不同类型的平
                                                                Fig.6 Planar⁃electric explosion switch deposited with Al/CuO ［29］
            面电爆炸高压开关，从制备工艺、触发极等离子体特
            性、放电性质等方面对开关进行了研究，但该开关还不                                （2）二极管单次触发高压开关该开关为“三明治”
            足以很好地应用在 EFIs 回路中，尚待改进。2012 年，                      结构，主要由基板、上下金属电极层、绝缘电介质层及
            周 密 等 ［21］ 采 用 离 子 刻 蚀 的 方 法 制 备 开 关 ，将 开 关 与       肖 特 基 势 垒 二 极 管（Schottky⁃barrier diode，SBD）组
            McEFI 串联组成电爆测试电路，在 1.0~2.5 kV 触发电                   成。开关的作用机理是通过对 SBD 施加反向电压使
            压下，研究电极间隙对回路放电特性的影响。结果表                             其被反向击穿，产生短脉冲大电流使肖特基结点剧烈
            明：在同一触发电压下，开关作用时间随着间隙距离的                            电爆，电爆产生的等离子体强射流击穿绝缘介质，从而
            增大而延长；McEFI 的爆发电流随着间隙距离的增大                          使 上 下 电 极 发 生 电 弧 导 通 ，至 此 开 关 主 回 路 闭 合 。
            而减小。Baginski T A 等为提高电爆炸开关的峰值电
                                                                2009 年 ，Baginski T A 等 ［23］ 设 计 了 SBD 单 次 触 发 开
            流和可靠性，设计了具有串联小爆炸桥箔结构的开关，
                                                                关，开关示意图如图 7 所示。该开关的优点是其结构
            同时提出将开关与 McEFI 集成的构想。虽然理论上此
            种设计结构能提高开关的电气性能，但目前未见进一
            步的报道。
                2015 年和 2016 年，胡博     ［28-29］ 在单质铜薄膜平面
            电爆炸高压开关的基础上，在触发电极桥区增加 Al/
            CuO 复合含能薄膜以提高开关性能，开关结构设计如
            图 6 所示。
                作者利用仿真软件优化了开关电极结构，分析比
            较了不同结构的开关在有无约束状态（用 PI 胶带粘贴
            在部分样品表面）下的性能，研究结果表明：无约束状
            态下当开关主回路充电电压为 1.5 kV 时，开关主回路
                                                                图 7  平面肖特基单次触发高压开关示意图             ［23］
            的峰值电流约为 1.14 kA，比约束状态下的峰值电流                         Fig.7  Schematic diagram of Planar High⁃voltage Switch with
            高约 53%，同时缩短了电流上升时间；在约束状态下                           SBD trigger ［23］


            CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS              含能材料                2019 年  第 27 卷  第 2 期 （167-176）
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