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脉冲功率开关是爆炸箔起爆系统(Exploding Foil Initiator System,EFIS)中的关键器件,高导通电流、高开关速率和低电感、低导通电阻的开关技术是目前迫切需要解决的技术。传统的阴极真空开关虽然能够满足EFI的电性能要求,但是这种开关制造成本高、抗环境适应性低等,不能够满足EFI小型化和抗冲击的需求。研制具备全固态、微型化和低成本的高导通电流、高转换速率、低感、低导通电阻的高压大电流开关成为新一代EFI的重点研究方向。本文根据平面电爆炸开关原理和肖特基二极管(Schottky Barrier diode,SBD)单触发开关原理,通过MEMS工艺集成制作平面复合薄膜电爆炸开关和肖特基单触发开关,并且对两种开关的设计与集成方法、工作特性和规律、触发和导通机理等科学问题开展了研究,取得以下研究进展。(1)在单质铜薄膜平面电爆炸开关的基础上,通过在触发电极桥区部分增加AI/CuO复合薄膜提高开关性能,利用仿真软件优化了开关电极结构,分析比较了不同结构的电爆炸平面开关在有无约束状态下的性能。研究结果表明,无约束状态下当充电电压为1500 V时,开关峰值电流为1142 A,比约束状态下的峰值电流高52.8%,在约束状态下和一定电压范围内开关中的Al/CuO复合薄膜的铝热反应能够提高电流峰值,在无约束状态下复合薄膜对峰值电流影响不显著。(2)通过在陶瓷基覆铜板上直接制备肖特基单触发开关,简化了制备工艺,通过对肖特基二极管电爆炸现象的观察,等离子体电荷通量、电子温度和密度等特征参数的测量,分析了肖特基单触发开关的触发极性效应。研究结果表明,SBD、上电极和电容器之间存在四种不同的组合连接方式,采用P-状态(SBD阳极和上电极连接与施加反向偏置电压的组合)触发有利于SBD单触发开关的作用。(3)通过不同电介质材料、封装材料、SBD对开关导通特性影响的实验,研究了其对开关导通性能的影响规律,获得了提高开关导通性能可供参考的工艺参数:聚氯代对二甲苯(ParyleneC)薄膜为电介质层材料优于聚酰亚胺(polyimide,PI)薄膜;不同封装材料下开关的性能排序为:AB胶>HTPB橡胶>704胶;SBD面积较大的单触发开关峰值电流更大。(4)研究了肖特基单触发开关在主回路电压下的电气性能规律,结果表明,当充电电压为1400 V时,开关峰值电流为1020 A,开关的峰值电流、电阻和主回路电压相关,其中峰值电流和主回路电压成线性正比关系,但是上升时间、电感和工作电压没有显著性关系。分析了触发电容器、不同类型二极管等对肖特基单触发开关触发特性的影响,结果表明,开关作用需要保证电容器能产生足够大的触发电流,产生足够充分的初始等离子体,SBD作为开关的触发元件效果好于所选的PN结二极管。(5)通过开关的原子发射光谱双谱线测温实验,研究了开关作用过程中电弧温度变化的过程,解释了开关失效的原因。采用PVDF压电薄膜测试SBD电爆炸的冲击压力,获得了 SBD电爆炸过程中冲击压力的变化过程,通过与绝缘电介质的屈服强度比较,测试SBD电爆炸冲击压力可以作为判断开关触发条件的依据之一。以RLC电路理论和电介质材料电导率模型为基础,建立了适用于肖特基单触发开关的电阻模型,该模型能够比较好地揭示回路参数对开关峰值电流和上升时间的影响。