铁电体触发开关初步研究

论文摘要

铁电阴极材料是一种在脉冲电压或激光激励下发射电子的新型阴极材料,本论文主要从理论和实验两个方面对铁电阴极发射特性及铁电体触发开关进行初步研究。第一章是绪论,主要介绍了铁电体阴极以及铁电体触发开关的国内外研究现状以及本论文的结构。第2～3章对铁电体触发极进行了理论分析及实验研究,主要得出以下结论:1.从铁电体的微观及热力学角度分析,如果不考虑空间电荷作用时,阴极的发射能力与极化电场关系密切,增加极化电场可以大幅度增加电流发射密度。2.实验研究发现在激励电场比较低的情况下,发射电流密度随激励电场的增加缓慢增加,峰值电流与激励电场近似成线性关系,当激励电场增加到一定程度的时候,发射电流密度随激励电场的增加而急剧增加。3.气压在105Pa～10-3pa之间时,铁电体电子发射基本上不受气压的影响,气压的高低只对电荷收集有影响。第4～5章主要是研究铁电体触发真空开关。通过理论分析得出铁电触发真空开关的击穿是由于触发极的电子发射与阳极“热点”引发的。通过实验研究主要得出以下结论:1.铁电触发真空开关欠压比在10%以下可以稳定工作,开关的最小抖动小于800ps。2.激励电压比较低时,随着激励电压的增加开关抖动逐渐降低。当激励电压超过一定的范围时,随着激励电压的增加开关抖动反而增加。3.电极形状对开关抖动影响较大。阴极为平板、阳极为环形电极时开关的工作状态最好,阴阳电极都为半球形或者平板电极时开关的工作状态比较差。4.开关导通时间和延时与开关间距有着密切的关系,随着开关间距的增大,导通时间和延时变长。5.铁电阴极不会因真空度的降低而出现中毒现象,但是真空度太低时,开关的抖动比较大。第六章主要研究铁电体触发赝火花开关,通过理论分析与实验研究得出以下结论:1.随着气压的升高,开关导通时间与延时都在减小。2.阴极腔的深度对开关的延时影响比较大,阴极腔越深,延时越长。阴极腔的深度对开关的自击穿电压与开关的抖动基本上没有影响。3.触发电压为3kV左右时开关的抖动大约为3ns,当触发电压达到6kV左右时,开关的抖动小于1ns。论文实验结果与理论分析基本相符,为今后的继续研究打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的背景意义
• 1.3 国内外发展动态
• 1.4 论文的主要工作及创新
• 第二章 铁电体的基本效应
• 2.1 铁电体材料
• 2.2 铁电体的畴与极化
• 2.3 小结
• 第三章 铁电体电子发射原理性实验
• 3.1 极化反转引起电子发射理论
• 3.2 表面等离子体引起电子发射理论
• 3.3 铁电体电子发射实验平台的设计
• 3.4 铁电体电子发射实验结果及分析
• 3.4.1 发射电流密度与极化电场之间的关系
• 3.4.2 真空度对电子发射的影响
• 3.5 小结
• 第四章 铁电体触发真空开关的工作原理
• 4.1 真空开关击穿理论
• 4.1.1 场致发射及其引发的击穿过程
• 4.1.1.1 阴极不稳定性及其引发的击穿
• 4.1.1.2 阳极热点及其引发的击穿
• 4.1.2 微粒及其引发的击穿过程
• 4.1.3 微放电及其引发的击穿的可能性
• 4.2 铁电体触发开关击穿机理初步分析
• 4.3 小结
• 第五章 铁电体触发真空开关的实验研究
• 5.1 铁电体触发开关结构设计
• 5.2 铁电体触发开关自验电路
• 5.3 铁电体触发开关实验结果
• 5.3.1 触发电压对开关性能的影响
• 5.3.2 阴阳电极形状对开关性能的影响
• 5.3.3 阴阳电极间距对开关性能的影响
• 5.3.4 真空度对开关性能的影响
• 5.4 小结
• 第六章 铁电体触发赝火花开关实验研究
• 6.1 铁电体触发赝火花开关的设计
• 6.2 铁电体触发赝火花开关的导通过程
• 6.3 铁电体触发赝火花开关实验结果
• 6.3.1 气压对铁电体触发赝火花开关工作性能的影响
• 6.3.2 触发电压及阴极腔的深度对铁电体触发赝火花开关工作性能的影响
• 6.4 小结
• 第七章 结束语
• 7.1 论文的主要工作与贡献
• 7.2 论文的不足之处及下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文