Вакуумное электроразрядное устройство

госиддгстввнный номитвт осог по-делдм иаовретвний и открытий13.07.83 р Институт электроники АНБССР эи. Точицкий, 0.13. седифанов,Иванов и В.Т. Свирйн 5339.07(088.8)(5 д)(57) ВАКУУМНОЕ элшктрогдзгяднов УСТРОЙСТВО по автцсв. не 950167, О Т Л И Ча Ю Щ е е С Я тем ЧТО, С цедью.улуцшення его пУрковыщхарак-р тернсти в диапазоне низких разряддных напряжений оноснабжНО дРосселен И нмпулнрньщн высоковольтньмн трансформатором.п конденсатором, пер вичная обмотка трансформатора включчена между отрицательным полюсом БСПОМОГЗТЕЛЬНОГО ИСТОЧИКЗ питания И плазмообразующнм ЗЛЕКТРОДОМ СНСТЕ МЫ поджнга ПЕРВЫЙ ВЫВОД ЭГО ТОрНЧ ной обмотки соединен с плазмообразуЮЩИМ КЗТОДОМ электроразрядной сИСТЕ мы, второй с первой обкладкой конденсатора и первым выводом дросселя,второй вывод дросселя соединен с от. ЗРНЦЗТЕЛЬНЫМ ПОЛЮЕПМ ОСЦОНОГЬ ИСТОЧ пика питания, а вторая обкладка кон ДЭНСЗТОРЗ С анодомэлектроразрядИзобретение-относится к плазмен и импульсными высоковольтными траннои технике, представляет собой сред- сформатором н конденсатором, первичство для получения в вакууме потока НЗЯ Обмотка трансформатора включенавысокочнстой электроэрозионной плаз-р между отрнцательньм полюсом вспомомыгтявлнетсяУС 0 ВеРШЕПСТВ 0 ВаНИеМ 0 С 5 тотального источника питания и плаз новногоизобретенияпэавт.св.Нг 950167 мообразующнм электродом системы В КОТОРОМ ОПИСЗНО БЗКУУМНОЕ ЭЛЗКТРО поджига первый вывод его вторичной разрядное устройство. вклточающее обмотки соединен с плазмообравуюЭЛЕКТРОРЗЗРЯДНУЮ систему, СОДЕРЖЭЩУЮ щим катодом электроразрядной систе анод И ллаэмообразующий катод, сис- 10 мы, второй - с первой обкладкой конТЕМУ ПОДЖИГН ОТДВЛЕННУЮ ОТ КаТ 0 да денсатора и первым выводом дросселя,ВаКУУМНЫ ПРОМЕЖУТКОМ Н СОДЕРЖЗЩУЮ второй вывод дросселя соединен с отизолятор, снабженнытонкоплен 0 ЧНЫМ рицательнм полюсом основного источТОк 0 ПРоводоМ И ДВЕ ЭЛЭКТРОДН йроти- ника питания, а вторая обкладка воноложной полярноЬти,контактирую- 15 конденсатора С андддэдектрора 3 щие С токопроводом, и,сИстему пита- рядной системы, ННЯ, состоящую из ОСНОВНОГО, ПУСК 0- Введение импульсных вьтсоководьтвого и вспомогательного источников. нык трансформатора и конденсатора ПИТ 3 НИН Система ПОДЖИГЗ снабжена способствует созданию необходимьт. дополнительным электродом, отдепен- 20 условий для эффективного Вд 3 бужде НЫМ ВНКУУМНЫМ ПВОМЭЖУТКОМ ОТ ДВУХ нин-разряда в диапазоне низких (50 других ее электродов И ИЗОЛЯТОРВ И 500 В) раврядиы напряженийна алексоединенны с отрицательным полюсом тродах злектроразрядной системы, повспомогательного источника питания, скольку с их использованием уже в причем изолятор системы поджига рас- 25 самой начальной стадии возбуждения положен вне зоны оптической видимос- разряда в устройстве за счет формиТи ПЛаЗМ 00 бРаЭУЮЩВЙ ПОВЕРХНОСТИ Ка рования между катодом и анодом котода электреразрядной системы 113. ротного высоковольтного импульсаНедостатками ТЗКОГО УСТРОЙСТВЗ достигается критическая напряженявляются плохие пусковые характерис- 30 ность электрического поля у катода,тики в диапазоне низких (50-500 В) чем обеспечивается резкое нарастание разрядных напряжений, приложенных автоэлектронной эмиссии, появление между анодом и плазмообравующим ка- катодного пятна и дальнейшее быстрое. тодом электроразрядной системы, а нарастание разрядного тока тока именно низкая ВЕРОЯТНОСТЬ ВОЗБУЖДЕНИЯ 35 ОСНОВНОГО разряда.разряда при отсутствии эрозии изоля- На чертеже представлена схема.уст тора системы поджига, большая величи- ройства. на задержки срабатывания, т.еч вре- Вакуумное электроразридное устройменя перехода ОТ ВСПОМОГЗТЗПЬНОГО СТЕП вкшочает ЭЛВКТРОРЗЭРНДНУТО СИСТ разряда в системе поджига к электри- 40 му 1, содержащую анод 2 И плазмообра ческому разряду в вакууме между элек- зующнй катод 3, систему поджига 4,тродами электроразрядной системы, отделенную от катода З вакуумным пробопьшой разброс этой величины, нзме- межутком 5 и содержащую три электронение от разряда к разряду формы и 5 да поджига 6, 7 и 8 и изолятор 9,амплитуды импульса разрядного тока. 45 снабженный тонкопленочньш токопровоОбусловлены эти недостатки трудностью дом 10, систему питания 11, состояобеспечения при низком разрядном ЩУЮ из пускового 12, вспомогательнонапряжении стабильных условий для го 13 и основного 1 д источников пивозникновення катодного пятна на тания дроссель 15, ипульсные высоплазмообразующем катоде электрораз- 50 ковольтные конденсатор 16 и трансфоррядной системы в стадьн возбуждения матор 17.Анод 2 электроразряднойЦелью настоящего изобретения яв- полюсом основного источника питания ляется улучшение пусковым характе- 14. первичная обмотка 18 трансформаристик устройства в диапазоне низ 55 тора 17 включена между отрицателькнх разрядным напряжений. ным полюсом вспомогательного источ Это достигается тем, что вакуум- ника питания 13 и электродом поджига нос злектроразрядное устройство по 8, являющимся плазмообразующмм элек авт.св. н 950167 снабжено дросселем тродом системы подвига 4. Первыйвывод вторичной обмотки 19 трансфор- межуток между анодом 2 и плазмооб матора 17 присоединен к катоду 3 разующнм катодом 3 электроразрядной элентроразрядной системы 1, второй системы 1. Наличие в ней плазмы и к первой обкладке конденсатора 16 высоковольтного импульса напряжения И к первому выводу дросселя 15, вто 5 обеспечивает пробой указанного промерой вывод дросселя 15 подключен к шутка и появление катодного пятна отрицательному полюсу основного нсч на поверхности илазмообразующего каточника питания, а вторая обкладка года 3, что в совокупности с присутконденсатора 16 присоединена к аноду ствием плазмы в объеме электрораз 2 электроразрядной системы 1. Попо- 1 Ч рядной системы 1 и наличием напряжительный полюс вспомогательного женин на ее электродах 2 и 3, соедиисточника питания 13 соединен с элек Ненных с основны источником питатродом 6 системы поджига 4, который нив, приводит к возникновению в ней присоединен через ключ 20 к положи снльноточного электрического разрятельному полюсу пускового источника -15 да вдларах материала плазмообразуюг питания 12. Отрицательный полюс пус щего катода 3, горение которого подкового источника 12 соединен с элек держивается основньм источником тродом 7 системы поджига 4. Электро питания 14 ди сопровождается генериды 6 и 7 системы поджига 4 контакти Р 0 ВаНИеМ высокочистой электроэрозируют с тонкопленочным токопроводом го онной плазмы материала катода 3. 10, третий ее электрод 8 отделен Экран, охватывающий боковую поверхвакуумным промежутком 21 от злектро- НОСТЬ катода 3, СЛУЖИТ ДЛЯ Удержания дов 6 и 7 и изолятора 9. Катод 3 катодного пятна на его торцовой (раэлектроразрядной системы 1 охвачен бочей) поверхности. Для обеспечения экраном (на.чертеже не показаи)- 25 высокой чистоты электроэрозионной Устройство работает следующим об плазмы, генерируемой устройством,разом. А плазмообразующий электрод 8 и тонко При подаче импульса напряжения пленочный токопровод 10 системы подот пускового источника питания 12 жиге 4 выполняют из того же матерначерез ключ 20 на электроды 6 И 7 30 ла, что и материал ппазмообразушщего системы поджига 4 происходит электро- катода 3 электроразрядЦоЙ системы 1,взрывное испарение материала тоико Таким образом, чистота электроэрозипленочного токопровода 10 В РЕЗУЛЬТН онной плазмы определяется лишь чистоте ПРОТЭКЗНИЯ ПО НЕМУ Импульса тока. той используемого материала. По оконОбразовавшаяся ИННЦИИРУЮЩЗЯ Плазма 35 чании вспомогательного разряда в сисзаполняет вакУУМНЫЙ ПРОМЭЖУТОК 31 теме поджига 4 некоторое количество в системе поджига 4, что приводит к плазмы материала плазмообраэующего возникновению в Ней вспомогательного электрода 8 системы поджога А осаждасильноточного электрического Ра 3 ря ется на поверхности изолятора 9, восч да между электродами 7 н 8, горение 40 станавливая тонкопленочньш токопро которого поддерживается вспомогательт вод и подготавливая тем самым систеным источником питания 13. Благодаря мы поджига 4 к следующему запуску протеканию импульса тока вспомогач устройства. Дроссель 15 необходим,тельного разряда по первичной обмот чтобы предотвратить проникновение ке 18 импульсного высоковольтного 45 короткого высоковольтного импульса трансформатора 17 на его вторичной напряжения в основной источник питаобмдтке 19 формируется высоковольт- нив 14. Импульсньй высоковольтный ны импульс напряжения, который прил конденсатор 16 служит для замыкания кладывается кэлектродам 2 и 3 злек цепи протекания импульса тока от втотроразрядной системы 1. К этому вре 50 ричной обмотки 19 высоковольтного меня образовавшаяся за счет эрозии трансформатора 17 через промежуток плазмообразующего ЭПЕКТРОДЗ 3 СИСТ 8 анод 2 - плазмообразующий катод 3 мы поджига 4 вспомогательная плазма электроразрядной системы 1. Вторичв силу своего собственного расшире ная обмотка 19 высоковольтного транния и под действием злектромагнит- 55 сформатора 17 н дроссель 15 играют ныщ сил, создаваемых контуром тока также роль индуктивного сопротивле вспомогательного разряда в конусооб нив в цепи основного разряда, ограразном вакуумном промежутке 21 сис ннчивая амплитуду разрядного тока.чд- 5 торцовой поверхности катода 3 высоКОЧНСЩЗЯ электроэрозионная плазмарформируется электроразрядной систе мой 1 в плазменный поток, которйможет быть использован для технолоГИЧЕСКЙХ ЦЕЛЕЙ, например, ДЛЯ ПЕНЕ сения тонких пленок И покрытий. Предложенное вакуумйъе электрораэрядное устройство обладает хорошщи пусковыми характеристиками в диапазоне низких, начиная с-50 В,разрядным напряженн наэлектродах его электроразрядной системы. В Институте электроники АН БССР изготовлен макет уртройства ипровеВо время испытаний производилось сравнение пусковыи характеристи предлагаемого устройства и устройстна, выполненного по авт.св 1 Р 95 О 167.Результаты испытаний показали высокую эффективность предлагаемого устройства вероятность возбуждена разряда увеличилась на 21, макси-пмалъная величина задержкнначала ос ионного Разряда по отношению к началу вспомогательного разряда в системе поджига снизилась от 50 довмкс,разброс этойвеличины уменьшился от 30 до 3 мкс, а разброс амплитуд мпульсов разрядного тока от 20до 32. Таким образом,пусковые характеристикипредлагаемого УСТРОЙСТТ Ва ПРИ низком разрядном напряжении значительно улучшинсь по сравнени сустройством прототипом.Испытания также-показали высокую НЗДЕЖНОСТЬ ПРВДЛЕГЗЕМОГО УСТРОСТЗЗ отказов в работе, вышода устройства из строя не наблдалось.ВНИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж 35 Раушскаянаб..д. 4/5