Flashover in hochreinen Isolatoren mit breitem Bandabstand: Methodik und Mechanismen

Der Elektronenstrahl eines Rasterelektronenmikroskops (REM) wird verwendet, um einen unmetallisierten Isolator (Al2O3, Y2O3, SiO2) im Vakuum aufzuladen. Es wurde festgestellt, dass die Aufladung nach dem Abschalten des Elektronenstrahls stabil ist. Das REM wird auch verwendet, um die implantierte Ladung zu messen, indem das resultierende elektrostatische Potenzial gemessen wird. Die Verteilung des Potenzials um die gefangenen Ladungen wird durch die klassischen Gesetze der Elektrostatik bestimmt. Die in der polarisierten Dielektrikum gespeicherte elektrostatistische Energie kann somit bestimmt werden. Die implantierte Ladung kann durch die Einführung von Ladungsträgern in die polarisierte Probe, indem die Oberfläche mit Elektronenstrahlen unterschiedlicher Energie geflutet wird, entfernt werden. Langsame oder schnelle Entspannung tritt abhängig von den Betriebsbedingungen der Flutpistole (Energie, Intensität usw.) auf, die die Elektronen einführt. Wenn die Entspannungskinetik langsam ist, nimmt die elektrostatistische Ladung langsam in Abhängigkeit von der Zeit ab. Andererseits führt eine schnelle Entspannung des Dielektrikums zur Bildung eines hochdichten Plasmas, das sich über die Isolatoroberfläche ausbreitet, was zu Baumstrukturen auf der Isolatoroberfläche führt. Entlang des Pfades des Lichtbogens löst die Energieübertragung an das Gitter die Sublimation der Keramik aus und führt zu ihrem mechanischen Bruch durch thermischen Schock. Unter bestimmten Bedingungen der Flutpistole haben wir die Bildung paralleler Bruchlinien entlang der Keramikoberfläche, abseits von der Baumregion, beobachtet. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für einen neuen Ansatz zum Verständnis des Flashovers an Keramiken-Vakuum-Grenzflächen. Der wichtige Schritt ist die Plasmainitiierung, die wir auf der Grundlage von Mechanismen der dielektrischen Entspannung interpretieren. Der Parameter des Isolators, der dessen Durchschlaginitiierung bestimmt, ist seine komplexe Dielektrizitätskonstante. Es wird geschlossen, dass die Bandlücke des Isolators, die Art und Dichte von Defekten, die in der Bandlücke lokalisiert sind, und die dipolare Entspannung, die durch eine Variation des elektrischen Feldes induziert wird und mit der Anwesenheit von Defekten verbunden ist, das Haltevermögen von Isolatoren bestimmen.