基于金属-绝缘体相变材料的高钝感集成半导体桥芯片设计

为了提高半导体桥(SCB)火工品的安全性与可靠性,通过片上集成方式,在SCB两端并联金属-绝缘体相变材料VO_(2)对其进行分流防护。提出蛇形设计方法来降低VO_(2)薄膜在金属态的电阻值,使其与SCB阻值相匹配,测试了不同长宽比的VO_(2)薄膜及相应的集成芯片在室温(25℃)至100℃范围内的电阻曲线,并对集成芯片及单独SCB在1A1W5min和1.5A2.25W5min安流试验中的传热过程进行了仿真。结果表明:蛇形设计可以有效降低VO_(2)薄膜电阻,其阻值与蛇形长宽比(Ws/L)成反比;VO_(2)薄膜能够对SCB起到一定的分流防护作用;集成芯片尺寸对安流试验热传导过程的平衡温度有一定影响;能够通过1.5 A安流试验的最大VO_(2)阻值为5Ω,这是下一步的设计目标。

半导体桥火工品电磁响应及其防护技术仿真研究

为了研究半导体桥(SCB)火工品在连续电磁波、核电磁脉冲环境下的响应特性及防护技术,采用COMSOL仿真软件建立了SCB组件仿真模型,分别研究了并联瞬态电压抑制(TVS)二极管前后SCB组件在连续电磁波、核电磁脉冲照射状态下的感应电流和桥区温度的变化。结果表明:场强为1 200 V·m~(-1)、频率为1.15 GHz的连续电磁波以及上升时间为5 ns、半高宽为24 ns、幅值为10 k V·m~(-1)的核电磁脉冲照射,均可能使SCB桥区温度高于常用起爆药的作用温度,从而导致SCB火工品意外发火;并联TVS二极管对连续电磁波、核电磁脉冲均起到较好的防护效果,连续电磁波照射下SCB的感应电流峰值衰减率大于64.79%,核电磁脉冲照射下SCB桥区最高温度衰减率为54.34%。

半导体桥火工品的防静电与防射频设计

为提高半导体桥(SCB)火工品的防静电与防射频的双防能力,将静电加固器件瞬态电压抑制(TVS)二极管和射频加固器件负温度系数(NTC)热敏电阻同时集成入SCB火工品的结构中,并研究了上述组合器件对SCB火工品发火性能和抗电磁性能的影响规律。结果表明:集成防护器件后,SCB火工品的安全电流从1.2 A升至1.5 A;抗静电性能满足500 pF/500Ω/25 kV条件下不发火;在22μF/16 V的电容发火条件下,集成SCB火工品的平均爆发时间较SCB火工品增加了1.77μs。因此,该组合型防护器件可以在不改变SCB发火性能的基础上有效提高SCB的抗静电和抗射频的能力。

温度对半导体桥电爆性能影响研究

为了研究温度对半导体桥(SCB)电爆和点火的影响,采用电容放电激励的方式,研究了SCB在环境温度分别为25℃和-40℃的电爆特性,建立数学模型并探讨了环境温度对SCB电爆的影响;开展了以Al/CuO纳米铝热剂为点火药剂的SCB点火感度实验,在环境温度为25℃和-40℃测试了Al/CuO纳米铝热剂的点火温度,并采用Neyer D最优化法测试SCB点火感度。结果发现,当充电电压由30 V增加至50 V时,电爆延迟时间差值由0.47μs降低至0.25μs,电爆所需能量的差值由0.16 mJ增加至0.65 mJ,表明随着充电电压的增加,环境温度对电爆延迟时间的影响减小,对电爆所需能量的影响增大;并发现不同温度下Al/CuO纳米铝热剂点火温度没有显著差异,为740.7℃;-40℃时的SCB临界发火电压比25℃时高0.6 V。

多路并联半导体桥点火器同步发火故障机理研究

半导体桥点火器在工程应用中通常为多个产品并联在同一供电回路中使用,以实现火工装置同步点火。在实际应用中有时会出现某个火工装置点火失败的现象。当前,研究主要集中在半导体桥点火器本身电阻变化对单路点火过程电流、电压的影响,对多路并联半导体桥电流响应特性的研究较少。半导体桥点火器在多路并联同步使用时,作用机理及故障原理不清限制了其在该场合中的应用。文章设计搭建了多路并联半导体桥点火器点火电路,通过试验发现点火器多路并联使用时,支路电流存在突然下降或上升速度缓慢的现象,均可能造成点火器半导体桥区烧蚀不完全或瞎火。结合半导体桥点火器的点火机理分析得出电路电流突然下降会导致相变过程中止、电流上升较慢会导致相变能量不足,均会造成半导体桥电爆能量无法正常释放,进而无法正常激发内部起爆药,这是半导体桥点火器用在多路并联电路情况时出现点火失败的重要原因。

半导体桥火工品静电响应特性研究

为明确半导体桥火工品发火感度与静电感度的关系,以及并联TVS二极管时的分流规律,按照GJB 5309.14-2004火工品试验方法第14部分:静电放电试验和GJB/Z377A-1994感度试验用数理统计方法对半导体桥火工品静电加载后的阻值变化、桥区损伤以及感应能量进行了测试与表征,同时对发火感度进行了测试,拟合出电压与能量方程式。结果表明:采用50%发火电压计算出的静电感度与实测静电感度的偏差约10%;静电放电经TVS二极管分流后加载到半导体桥火工品上的电流约为总电流的40%,而加载到火工品上的能量占比随静电放电电压的增大而减小。

微尺寸半导体桥电容发火特性研究

为了获得微尺寸半导体桥电容发火的特征参数与设计参数的关系,对20μm×50μm×4μm 60°的半导体桥进行了不同掺杂浓度、发火电容、发火电压及两种点火药剂下的发火试验,获得设计参数与半导体桥的特征能量、特征时间的关系。结果表明:半导体桥的发火电容值从10μF增大到68μF时,高掺杂的半导体桥/斯蒂芬酸铅的最小全发火电压为6.23~4.28V,比低掺杂的半导体桥降低了0.86~1.52V;半导体桥发生电爆所需的电能随着掺杂浓度的提高而减小,但与电压值、电容值、药剂种类无关;发生电爆所需的时间随着电容值、电压值、掺杂浓度提高而缩短;等离子体加热时间和能量随着电容值、电压值、掺杂浓度提高而增大。

基于PSpice软件的半导体桥换能元电爆特性的模拟仿真

将电路仿真软件用于半导体桥火工品的电磁兼容性设计时,仿真准确程度取决于发火电路和半导体桥器件模型的精度。通过在电路软件中建立电容放电发火电路和半导体桥火工品电子器件模型来实现半导体桥的电爆过程仿真。研究结果表明:在电容放电发火仿真电路中,当回路电感为0.62μH、回路电阻为3.3 mΩ时,仿真电路可用于模拟实际电容放电发火电路;对比半导体桥火工品爆发过程的仿真和试验结果发现,子电路建模方法建立的半导体桥器件模型能够有效模拟出半导体桥的电爆特性曲线,且模拟电爆参数均在误差范围内。

基于TCAD的半导体桥芯片设计与仿真方法

为了提升半导体桥(SCB)芯片设计开发效率,厘清其电击穿作用机制,采用TCAD(Technology Computer Aided Design,计算机辅助设计)工具,开展多晶硅材料掺杂工艺、芯片结构设计以及芯片电击穿过程模拟仿真,探究注入能量与掺杂类型、退火时间与温度等工艺参数,以及强电场条件对载流子分布及性能的影响规律,厘清芯片电击穿的物理机制。仿真结果表明:相比于磷离子注入,砷离子注入能够在更靠近多晶硅层表面的区域,形成更高浓度的载流子分布;快速热退火时间设定为30min,退火温度设定为约600℃,能够有效实现载流子活化;芯片双“V”型尖端电场强度达到3×10^(5)V·cm^(-1)时发生电击穿过程,载流子剧烈碰撞离化,桥区总电流密度最高可达1.16×10^(9)A·cm^(-2)。

高钝感半导体桥安全性能研究

为使半导体桥(SCB)火工品满足2A4W 5min不发火的钝感要求,通过在SCB上集成负温度系数(NTC)热敏电阻,设计制作了一种高钝感半导体桥火工品(NTC-SCB)。采用仿真与试验相结合的方式,对其恒流激励下的安全性能进行研究,并验证其在不同电容激励下的发火性能。结果表明:恒流输入2A 4W时,通电50 s后NTC-SCB达到热平衡状态,此时NTC热敏电阻的分流为65%,桥区温度为208℃,较未集成热敏电阻的SCB降低68%;5 min试验结束后,NTC-SCB未出现意外发火、桥区熔断现象;经安全电流测试的NTC-SCB在47μF 30 V、47μF 50 V电容激励下均可靠发火。

半导体桥火工品研究新进展

半导体桥火工品属高新技术火工品 ,因其具有高安全性、高可靠性、高同步性、高工艺一致性、低发火能量以及能与数字逻辑电路组合等一系列优异性能 ,发展十分迅速。本文从理论、结构、封装、测试和改进等方面评介了半导体桥火工品研究的新进展 ,并指出半导体桥 (SCB)火工品是桥丝式火工品的理想换代产品 ,且有更广泛的应用范围和前景 ;今后应在理论基础、生产自动化。

半导体桥对粒状炸药的微对流传热数值模拟

该文用气固两相流理论研究半导体桥使奥克托今炸药（ＨＭＸ）受热发火的微对流传热过程，建立了数值计算的数学模型，并采用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ差分格式进行了数值模拟计算。计算结果说明硅蒸汽冷凝释放潜热在使炸药受热时起主要作用。分析研究了硅等离子云半径、半导体桥厚度。

半导体桥起爆炸药的实验研究

介绍了用电爆炸半导体桥起爆炸药的实验 :被起爆装药是重结晶泰安 ,装药尺寸5 6mm× 14mm ,密度 1 0～ 1 3g/cm3;装药壳体是直径 6.2mm的紫铜管 ,壁厚 0 .3mm ;采用快速放电的电容器放电装置 (CDU)作为半导体桥起爆炸药的能源。用这种新型半导体桥雷管起爆密度1 0g/cm3的泰安装药所需能量为 2 90mJ,雷管的外观尺寸是6 2mm× 2 0mm ,作用时间t =3 2 7μs,初始装药的到爆轰距离Δr=6 31mm。这种新型半导体桥雷管能可靠起爆密度为 1 64g/cm3的钝化 (含 5%石蜡 )

半导体桥(SCB)的研究

目前常用的点火器Ｎｉ－Ｃｒ金属桥丝（热桥丝）体积较大，点火能量高（几十毫焦），作用时间长（几毫秒），且易误触发．本文中采用半导体器件和集成电路技术研制的新一代点火器——半导体桥（ＳＣＢ）体积小（为热桥丝三十分之一），结构上兼有Ｓｉ桥区倒圆点和Ｔｉ、Ａｌ金属导体倒圆点两大特点，其点火临界能量可降低到３～５ｍＪ，作用时间可缩短到５μｓ，从而能快速产生热等离子体来引爆猛炸药．同时，ＳＣＢ还具有较高的可靠性和安全性，其安全电流大于１．５Ａ．本文分析了ＳＣＢ工作原理，并研究了ＳＣＢ的结构对临界能量、点火作用时间、可靠性和安全电流的影响。

半导体桥的设计分析

半导体桥是半导体桥火工品中最为关键的元件 ,它的结构和性质对火工品起着十分重要的作用 ,设计结构合理、性能优良的半导体桥是研究半导体桥火工品首要任务。文章以理论分析和文献分析为基础并结合试验数据 ,提供了一套半导体桥的设计方法 ,并选定了合理的结构和材料 ,给出了一组参数 ,确定了最小临界能的半导体桥图形。

火工品用复合半导体桥技术的研究与发展

具有低发火能量、高瞬发度、高安全性以及比多晶硅半导体桥更高的能量输出优异性能的复合半导体桥(SCB)点火起爆装置(EED),是一类采用现代微电子工艺,由反应材料与半导体桥相结合的新型点火产品。从理论、结构、性能不同角度,综述了复合半导体桥EED的研究进展与优缺点。为增大SCB点火性能提供可行的依据和参考,对比分析了多层复合膜点火桥的结构特点、反应材料、发火条件、输出性能。认为多层复合SCB是多晶硅半导体桥的理想改进产品,具有更广泛的应用范围和前景。

半导体桥火工品的发展

文中系统评价和分析了近年来国内外半导体桥结构、制造工艺和封装技术，展望了半导体桥点火装置及智能火工装置的应用前景，揭示了这类火工品必将得到广泛应用的趋势．

半导体桥电爆过程的能量转换测量与计算

对电容激励模式下半导体桥(SCB)的电流、电压以及光的变化进行了测试,从能量的角度对半导体桥电爆换能过程进行了分析,并对电爆换能过程中硅桥物质形态的变化进行了量化分析,在电容为22μF、充电电压为45 V的情况下,SCB上电压为最低时(2.18μs,10 V)有61.1%的桥区熔化,SCB上电压为最高时(3.48μs,43 V)桥区有14.5%气化,在SCB发火光强最亮时(17.60μs)有70.3%的半导体硅桥电离。

半导体桥长宽比对其发火性能的影响

该文研究了电容放电发火条件下,半导体桥长宽比对其发火的临界电压、发火时间以及发火所消耗的能量等性能参数的影响规律,借助于半导体桥的等离子体发火机理对实验结果进行了分析。结果表明:在半导体桥质量、掺杂浓度相同的条件下,长宽比对半导体桥的发火临界电压影响较小;而半导体桥的发火时间随着长宽比的增加而减小,发火所消耗的能量随着长宽比的增加降低。

半导体桥的研究进展与发展趋势

文章系统地综述了半导体桥芯片的研究现状和半导体桥点火性能测试的研究进展,并对半导体桥的发展趋势以及应用前景进行了分析和展望,指出今后应当对反应式半导体桥和其它新型半导体桥的设计、制备及点火机理进行研究。