新型复合半导体桥换能元电爆性能研究(2)
3.3.2 硝酸酯基复合半导体桥起爆时的图片 19
3.3.3 硝酸酯基复合半导体桥的电压、电流曲线分析 19
3.4 苦酸处理的复合半导体桥 20
3.4.1 苦酸基复合半导体桥起爆后的显微图像 20
3.4.2 苦酸基复合半导体桥起爆时的图片 20
3.4.3 苦酸基复合半导体桥的电压、电流曲线分析 20
3. 5 小结 21
4 总结 21
致 谢 22
参考文献 24
1 绪论
1.1 研究背景与意义
火工品是将控制信息（或能量）转换为发火能量，激发火工药剂化学反应，以特定的序列传递与放大燃烧或爆炸能量，实现点火、起爆、做功或产生特征效应的一次性使用的器件、装置及系统的总称[l]。大部分武器弹药系统均是以含能材料为能源，都离不开火工品的参与，随着高新技术武器弹药系统的不断发展，对火工品的数量及种类要求越来越多。纵观近些年，许多国家将微型航天器、微型卫星、弹道修正弹药和微型弹药等列为信息化武器装备的重要发展方向以适应信息化战争的需要，这些数字化、智能化武器弹药的点火、姿态控制、弹道修正、解锁分离以及安全保险等都离不开微型点火和传爆序列模块（芯片），而汽车的安全气囊、预紧张器等民用领域也对发火装置的小型化以及低发火能量提出了高要求，另外随着科学技术的发展和电磁环境恶劣程度加强，对火工品发火的精确性、一致性、抗静电、抗电磁辐射等能力提出了更高的要求，对于传统的火工品，很难全部达到上述的高要求，因此需要采用新技术使火工品满足这种要求[2]-[7]。
半导体桥（SCB）火工品，是指利用半导体膜做发火元件，或金属—半导体复合膜做发火元件，进而发展为利用微电子集成技术，使火工品具有逻辑控制功能的一类火工品[8]。半导体桥火工品属于高新技术火工品，由于其具有高安全性、高瞬发度、高同步性、高工艺一致性、高可靠性、低发火能量、能与数字逻辑电路组合等一系列优良性能，发展十分迅速[9]。与传统的桥丝式点火系统相比，将智能电子、保险和发火电路集成到起爆器上，再加上半导体桥火工品点火性能的优越性，使起爆器在功率、功能、体积、质量上都具有更多的优势，因此半导体桥火工品已成为微型点火和传爆序列芯片的研究和应用领域的热点[10] [11]。
作为先进火工品的代表之一的半导体桥火工品，具有高瞬发度、高安全性、高工艺一致性、高可靠性、低发火能量以及能与数字逻辑电路组合等优点，已经成为世界上许多学者研究的热点，但是半导体桥的小型化、低发火能量等特点，导致输出能量也随之降低，这些问题一直制约着其进一步应用，含能半导体桥以及复合半导体桥的出现，不仅具备了常规半导体桥的优点，还由于其芯片表面存在含能薄膜或金属薄膜，从而使其输出能量增加，在输入能量不变的情况下有望解决半导体桥点火能力不足的问题[7]，为寻求可起爆钝感点火药，乃至猛炸药的换能元进行探索。
目前研究表明，复合半导体桥大致可以分为以下几种：多晶硅半导体桥，单层复合半导体桥，多层复合半导体桥。复合半导体桥换能元不仅包括半导体桥材料，还可以使用多种可反应材料或含能材料，利用物理或化学作用释放能量，从而点燃引爆药剂[16]。
1.2 半导体的设计与材料
主要利用的半导体材料是硅。选用单晶硅做衬底材料，先在单晶硅上生长一层二氧化硅，再外延生长多晶硅，该结构既保证了电绝缘，防止了射频干扰，还具有良好的导热性[12]。硅材料的还有一个重要特性是，其熔化时电阻率会发生明显下降，硅熔化时的电阻率是固态的电阻率的十分之一。因而熔化桥区加热速度比固态桥区快，在中间首先发生汽化反应，使中心高温区的热量迅速扩展到半导体桥的四周，融化区向桥两侧靠近，汽化进一步延伸至全部桥汽化，最终产生一个较强的高温等离子层，在后期放电时形成高温等离子体辐射放电，从而引爆炸药[7] [13]。设计电极系统时，由于Ti与多晶硅接触电阻小，因而半导体桥的电极系统采用Al/Ti/Si结构，这样有利于减少加热能量的损耗[14]。根据文献可知，祝逢春等人[9]参与设计了SCB，他们设计的SCB宜采用下图1.1所示结构，此结构加工方便，性能稳定；基片采用硅上淀积多晶Si，它价格便宜；掺杂为磷，浓度约为 7×1019 个原子•cm-3 。