微米尺度气隙放电击穿电压及放电路径的分析

为分析微米尺度下气隙的击穿放电特性,本文搭建了微米尺度放电实验平台,在电极间距为1~100μm的范围内,研究气隙击穿特性随气压p和电极间距d的变化。当调节气压或电极间距,使得击穿电压到达最低点后,发现击穿电压曲线出现平台期,并且对于不同的外界条件,平台期的长度范围也有较大的区别。通过微米尺度电场的数值模拟,发现电极边缘的电场仍处于较高范围,在此范围内仍可达成自持放电,碰撞电离过程可以通过较长路径而非极板间的最短距离来达到电极间的击穿,使得击穿电压维持在最低点,从而形成平台期;而当电极间距小于10μm时,离子增强场致发射机制参与击穿,击穿电压最低点由平台期继续下移。阴极离子数密度不仅对电极间距敏感,同时还受到外界气压的影响,产生的离子增强场会增强场致发射的强度,进一步降低击穿电压。综合分析气压和电极间距,传统Paschen定律在微米尺度范围不再适用,击穿电压不再由电极间距d和所处气压p的乘积决定。