SCB火工品等离子体温度特性测试+文献综述(7)
1.6 本课题的研究内容
SCB桥膜产生的等离子体的温度，对其发火性能有着重要的影响，为准确研究不同发火条件下，等离子体温度的变化规律，本文主要进行以下几个方面的研究：
（1）电容放电作用下，分析放电电压、电容、输入能量、桥膜尺寸等参数，对SCB火工品电爆性能的影响。
（2）采用原子发射光谱双谱线法，研究放电电压、电容、输入能量等参数，对SCB火工品等离子体温度的影响。
（3）电容放电激励下，对不同桥膜尺寸的SCB火工品，产生的等离子体的温度进行测试，研究其变化规律。
2 原子发射光谱双谱线法用于SCB等离子体温度的测试
2.1 试验样品
本文试验用SCB芯片的基本结构如图2.1所示，SCB桥膜是由夹在硅基片与金属电极之间成“H”形的重掺杂多晶硅构成。根据SCB桥膜的形状及尺寸，分为三种型号： 桥区为双V型尖角形状的L型SCB，尺寸大小为100μm(L) × 400μm(W) × 2μm(t)，电阻为1.0Ω左右；桥区为矩形形状的M型SCB，尺寸为50μm(L) × 200μm(W) × 2μm(t)，电阻为1.2Ω左右；桥区为矩形形状的S型SCB，尺寸为20μm(L)×100μm(W)×2μm(t) ，电阻为1.4Ω左右。桥膜形状与SCB电极塞如图2.1~2.4所示。
图 2.1 L型SCB桥膜形状示意图
图 2.2 M型SCB桥膜形状示意图
图 2.3 S型SCB桥膜形状示意图
图 2.4 试验用SCB实物图
试验用SCB芯片结构如图1.1所示，在单晶硅基底上有二氧化硅隔离层，二氧化硅层上为重掺杂多晶硅，掺杂杂质为磷，掺杂浓度约为每立方厘米7×1019个原子。将SCB芯片封装在三极管上，三极管外径为6mm，高4.4mm。先将芯片用环氧树脂粘接在三极管上脚线间的凹槽内，然后通过超声波键合，将金属丝键合在脚线和芯片上的铝焊接区上。
2.2 试验装置
本试验主要使用的试验装置（图2.5）有ALG-CN1储能放电起爆仪，吹冰通道光纤温度测试仪，示波器（OSC-Lecroy WavePro960，带宽2GHz。最高采样速度为100Ms/s），SCB等离子体温度与电子密度测试系统示意图，如图2.6所示。测试系统是在最初由Wang Junde[56-60]建立的测试系统基础上发展起来的，现在时间分辨率达到0.1μs，单次放电就可以获得SCB等离子体温度、电子密度随时间的变化。系统包括SCB，激发SCB的电源系统与光谱强度测试系统。
图 2.5 主要装置实物图
图2.6 SCB等离子体温度测试示意图
2.3 原子发射光谱双谱线法测量原理
按照原子光谱原理，一个原子和离子受热，处于低能态的原子将会被激发到高能态。而受激原子从高能态向低能态跃迁时，它将以光的形式发射出能量为：
（2.1）
式中Em为高能级的能量；En为低能级的能量；vmn为跃迁所产生的辐射光的频率；h为普朗克常数。
进一步考虑在某一温度下，等离子体中某一元素的原子在受激情况，则当在热力学平衡下，分配在各激发态的原子密度，由Boltaman公式所决定，即：
（2.2）
式中 为单位体积内处于激发态的原子数； N0为单位体积内处于基态的原子数；gi和g0分别激发态和基态的统计权重；Ei为激发态i的能级(激发电位)；k为玻尔兹曼常数；T为激发温度。
式（2.2）表明，激发温度愈高，越容易将原子激发到高能级，处于激发的原子愈多。前面已经指出，处于激发态的原子是十分不稳定的，很快就回到基态，而辐射出光谱。但回到基态的方式可以不同，因此发射的谱线有各种可能性。假设有一个原子被激发到i能级，当回到低能级而产生辐射时，这一个激发原子在能级之间的跃迁将有各种可能性；不同能级之间跃迁的可能性的大小，被称为跃迁几率(或发射几率)。令i与m能级之间的跃迁几率为Aim，那么在i与m能级之间的跃迁几率Aim，那么在i与m二能级间能量差为：
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