2023年2月电工技术学报Vol.38No.4第38卷第4期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211566阴极曲率半径对微米尺度气隙击穿的影响规律研究常泽洲孟国栋应琪成永红（西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049）摘要微米尺度气隙击穿特性研究对微结构绝缘性能评价和微放电等离子体应用具有重要意义。该文建立了微米气隙击穿的二维物理模型，利用粒子模拟/蒙特卡洛碰撞（PIC/MCC）方法开展微米气隙击穿过程中电场分布及带电粒子的仿真研究，得到阴极的曲率半径对于微米气隙电场分布、带电粒子分布以及击穿路径的影响规律，并结合实验结果对仿真结果进行了验证，最后讨论分析极不均匀场下微米空气气隙击穿物理过程。结果表明，阴极曲率半径R0对微米尺度击穿特性的影响规律主要分为两个阶段：当R0＜5μm时曲率半径的变化对电场畸变的影响较大，进而导致击穿电压变化较大；当R0＞5μm时R0对电场畸变的影响逐渐变小，对击穿电压影响减弱。当间隙距离d为5μm时阴极场发射电流占总电流的95%以上，证明了场致电子发射成为击穿的主导机制。同时，阴极表面的放电区域面积随曲率半径的增加而增大，进而导致击穿电流增大。研究结果有助于进一步分析和理解微米尺度击穿过程的影响因素及其微观作用机制。关键词：微米间隙击穿粒子模拟/蒙特卡洛碰撞阴极曲率半径场致发射数值仿真中图分类号：TM8550引言近年来，随着微电子机械系统[1]和微放电等离子体[2]的广泛应用，研究在强电场作用下微米间隙的绝缘特性及放电机制，对微结构的绝缘性能评价与微放电等离子体的产生具有重要的意义。现有的微米尺度击穿理论认为，微米尺度气隙中阴极表面的场致电子发射和二次电子发射过程将直接影响其击穿特性及物理机制，因此阴极在微米气隙击穿中起到关键作用[3]。一方面，阴极处发生的场致电子发射效应是微米尺度气隙击穿的主要机制，影响场发射效应的因素将最终影响击穿特性和物理过程；另一方面，阴极表面的二次电子发射γ过程亦是微米尺度击穿的重要过程，在不同阴极条件下二次电子发射电流密度将会不同，从而在一定程度上影响间隙内载流子密度，最终影响击穿过程[4]。因此，深入探索阴极在微米气隙击穿过程中的作用，进一步认识和理解微米尺度击穿特性和击穿机理对微米尺度的绝缘性能评价和放电等离子体应用具有重要的理论和应用价值。对于不同阴极条件下微米尺度气隙击穿的研究，国内外学者通过实验与数值...
