赵大帅 孙志 孙兴 孙怀得 韩柏

(哈尔滨理工大学电气与电子工程学院, 电介质工程国家重点实验室培育基地, 哈尔滨 150080)

(2021 年2 月24 日收到; 2021 年5 月25 日收到修改稿)

1 引 言

随着电子元件逐步微型化和微机电系统(micro-electro-mechanical system, MEMS)的飞速发展, 元件内部的间隙距离达到亚毫米乃至微米、纳米量级, 使得气体放电达到微放电的标准.微间隙放电是放电间距和电极尺寸均在亚毫米及以下量级的气体放电形式. 微间隙放电所形成的等离子体因其高气压稳定性、电子能量非Maxwell化、高电子密度等优势[1]在诸多领域有着广泛的应用.

分形理论在描述气体放电模型和揭示气体放电规律中起着重要作用, 已成为气体放电领域中具有重要意义的研究内容[2-4]. 1984 年, Niemeyer等[5]建立了分形电介质击穿(Niemeyer, Pietronero,Wiesmann, NPW)模型之后, 开启了探索电介质放电规律的先例. 1986 年, Wiesmann 和Zeller[6]在NPW 模型基础上建立了WZ 模型, 引入了放电阈值EC和放电通道电压降Δφ. 2000 年, Georghiou等[7]基于有限元-通量校正传输法(finite element method-flux-corrected transport, FEM-FCT)研究均匀场下二维空间有限元的气体击穿机理, 优化了低阶方案从而提高了FCT 算法的性能, 并对流注的发展和传播做出了正确的预测. 2005 年, Hallac等[8]使用FEM-FCT 对针-板电极空气间隙放电通道随时间的发展过程进行研究, 得出光致电离是放电通道轨迹发展演化分岔现象的主要影响因素.2008 年, Carazzetti 等[9]对间隙为10—500 µm 的MEMS的直流击穿电压进行实验研究, 将低气压下击穿电压偏离巴申曲线归因于气体平均自由程的尺度以及间隙尺度的变化. 2012 年, 廖瑞金等[10]提出流体……