Integrierte Modellierung der Entwicklung von Vakuumdurchschlägen: Analysen der überflächlichen Prozesse und Durchschlagsschwellen

Zusammenfassung Der Durchschlag im Vakuum ist ein schneller interfacialer Entladungsvorgang über die Oberfläche des Isolators, wenn er einer hohen aufgebrachten Spannung ausgesetzt wird. Hier wird ein theoretisches Modell vorgestellt, das die überflächlichen Prozesse abdeckt. Das Modell berechnet die Durchschlagsschwelle im Vakuum mit einer überarbeiteten Theorie der Sekundärelektronenemission und einem verbesserten Modell für den Transport neutraler Stoffe. Das Modell dient als erster Teil eines integrierten Durchschlagmodells, das eine konsistente Behandlung sowohl der überflächlichen als auch der unterirdischen Prozesse während der gesamten Entwicklung des Durchschlags anstrebt. Die Durchschlagsschwelle wird ermittelt, indem der desorbierte neutrale Druck bei gegebener aufgebrachter Spannung und das Kriterium für den Gasdurchschlag, das durch das Paschen-Gesetz diktiert wird, kombiniert wird. Eine analytische Formel zur Schätzung der Schwelle, die physikalische Parameter enthält, und eine vereinfachte Formel, die aus empirischen Koeffizienten besteht, werden vorgestellt, um sowohl das konzeptionelle Verständnis als auch die praktische Anwendung zu unterstützen. Die abgeleiteten Formeln werden durch experimentelle Daten für eine Vielzahl von Isolatormaterialien validiert. Die Generalisierung der Theorie für nicht uniforme elektrische Feldverteilungen wird weiter diskutiert.