Нанометровые высоковольтные предохранители для экспериментальной физики

• Автор: Воронов, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ СОВРЕМЕННЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

1.1 Введение

1.2 Назначение предохранителей в эксперименте

1.3 Параметры, конструкция и материалы современных высоковольтных предохранителей.

1.4 Малогабаритные тонкопленочные резисторыпредохранители

1.5 Свойства материалов, используемых в предохранителях

1.6 Выводы к первой главе

ГЛАВА 2 КОНСТРУКТИВНОТОПОЛОГИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

2.1 Введение

2.2 Конструктивные особенности высоковольтных тонкопленочных резисторовпредохранителей
2.3 Выбор материала токоведущей дороржки предохранителя
2.4 Выбор размеров высоковольтного резисторапредохрани теля
2.5 Разработка топологии резисторапредохранителя
2.6 Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯХ
3.1 Введение
3.2 Энерг етические характеристики теплового воздействия на предохранитель
3.3 Модели для анализа тепловых процессов в высоковольтных резисторахпредохранителях ,
3.4 Анализ тепловых моделей
3.5 Расчет температуры резисторапредохранителя
3.6 Выводы к третьей главе
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕЖИГАНИЯ ТОКОВЕДУЩИХ ДОРОЖЕК В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯХ
4.1 Введение
4.2 Математическая модель процесса окисления гитана
4.3 Алгоритм расчета процесса пережигания токоведущей дорожки тонкопленочного высоковольтного предохранителя
4.4 Расчет процесса пережигания токоведущей дорожки тонкопленочного высоковольтного предохранителя
4.5 Выводы к четвертой главе
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
5.1 Введение
5.2 Технологический цикл
5.3 Операции с подложками
5.4 Подгонка сопротивлений резисторов
5.5 Сборка резисторовпредохранителей
5.6 Выводы к пятой главе
ГЛАВА 6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ РЕЗИСТОРОВПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ
6.1. Введение
6.2. Химический состав резистивной дорожки. ,
6.3. Электрические сигналы для испытания предохранителей.
6.4. Оценка материала подложки и металлизированной дорожки.
6.5. Стандартный высоковольтный тест
6.6. Пережигание предохранителей.
6.8 Радиационная стойкость пережженных предохранителей
6.9. Исследование применимости
резисторовпредохранителей в других областях техники
6. Выводы к шестой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


По материалам диссертации опубликовано научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и получен патент РФ на изобретение. В совместных работах автору принадлежит проведение расчетов, разработка технологического маршрута и режимов процессов напыления и отжига, выполнение экспериментальных работ по изготовлению тонкопленочных высоковольтных предохранителей. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и 4-х приложений. Общий объем диссертации составляет 8 страниц, включая рисунков, таблиц и 7 библиографических ссылок. Настоящая работа посвящается исследованию и разработке предохранителей, предназначенных, прежде всего, для защиты больших детекторных систем в экспериментальной физике высоких энергий. Предохранитель, в соответствии с определением, приведенным в [6], - это «коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение в течение определенного времени». В детекторных системах назначение предохранителя не совсем совпадает с этим определением, так как здесь предохранитель отключает не защищаемую цепь, а вышедший из строя элементарный детектор от защищаемой цепи. Однако, цель использования предохранителей - защита сложных дорогостоящих устройств и способ, посредством которого это достигается, - разрушение специальных токоведущих частей, - для исследуемых изделий полностью соответствует определению предохранителя. Поэтому использование термина «предохранитель» вполне правомерно. В главе рассматриваются условия работы предохранителя в детекторной системе эксперимента ATLAS и проводится анализ су шествующих предохран итсл ей. Упрощенная электрическая схема одной секции ТДПИ представлена на рис. Каждая сборка включена последовательно с резистором-предохранителем П1 - П8, с которого снимается выходной сигнал. Здесь в одном элементе объединены функции резистора нагрузки и предохранителя, так как ограниченные габаритные размеры ТДПИ не позволяют использовать отдельный предохранитель. Рис. SI. S8 - элементарные детекторы “straw”; ГІ1 . П8 - предохранители; Сб 1. С6Л - сборки из 8 “straw”; El - высоковольтный источник питания; К0-іокоограничиваюіций резистор; Ск- емкость соединительного кабеля: С1 . С8-смкостной фильтр. Параллельно сборке включен емкостной фильтр С1 - С8 емкостью 1нФ. Эта емкость обеспечивает постоянство напряжения на детекторных грубках при отсутствии сигнала и улучшает помехоустойчивость при одновременном срабатывании нескольких детекторных трубок. Е1. Таких секций в ТДПИ более 0. По этому импульсу определяют параметры элементарной частицы. Эти события происходят случайным образом и не оказывают разрушающего воздействия на предохранитель. Для обеспечения безопасной работы ТДПИ в источниках питания установлены устройства ограничения тока, выдаваемого в нагрузку. Если ток превышает заданную величину, источник питания отключается, и соответствующий детекторный блок перестает работать. Особенность трубок “straw” заключается в том, ч то ток через трубку может протекать не только при воздействии элементарной частицы. Случайные разряды, обусловленные, например, наличием пылинок в газовой смеси, заполняющей трубку, или незначительным искривлением поверхности трубки. При этом через резистор-предохранитель протекает экспоненциальный импульс тока дозаряда емкости фильтра. Постоянная времени импульса около 0 мке и амплитуда напряжения на резисторе-предохранителе около 1,6 кВ. Такие сигналы могут многократно повторяться. По условиям работы ТДПИ предохранитель должен надежно выдерживать эти импульсы, если их частота не превышает 0 Гц. При этом количество импульсов в серии следующих с этой частотой, не превышает штук. Это требование обусловлено тем, что средний ток серии импульсов оказывается меньше установленного ограничения источника питания и ТДПИ остается работоспособным. Такой режим воздействия импульсов тока на предохранитель в дальнейшем будем называть рабочим режимом.