極小pd下における放電現象に関する研究

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14712
• Research Institution: Shonan Institute of Technology
• Principal Investigator: 岩渕 大行 湘南工科大学, 工学部, 講師 (50757341)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 部分放電 / 沿面放電 / 電界電子放出 / 電子デバイス / パッシェンの法則

Outline of Annual Research Achievements

数μm以下の微小なギャップ（以下マイクロギャップと記す）における絶縁破壊（放電）現象の解明は、デバイスなどの信頼性を確保するうえで重要な課題である。特に近年の微細加工技術の発達に伴い、気体中や絶縁物表面の微小ギャップにおける絶縁破壊現象が大きな問題とされるようになり、マイクロギャップ間の絶縁破壊現象に関する研究が盛んにおこなわれるようになっている。しかしながら、これまでの研究報告は大気圧環境下での使用を暗黙の前提として実施されたものであり、機器、デバイスの絶縁設計上不可欠となる雰囲気気体圧力の影響を考慮した放電機構に関する検討が全くなされていないのが現状である。そこで本研究では高精度電流測定・絶縁破壊時間遅れ特性測定とシミュレーションを組み合わせたシステマティックな研究により、低気圧・微小ギャップ環境下における絶縁破壊メカニズムを明らかにし、微小なギャップを有するデバイスの絶縁設計の高度化に不可欠な知見を提供することを目的とする。
本年度は、低気圧環境下での絶縁破壊特性測定に向けたチャンバ排気系の整備および回路系の構築を行い、低気圧環境下でのV-t特性を取得した。その結果、圧力を1/10atm, 1/100atm、ギャップ長を1-10μmとした場合の放電現象には強い極性効果がみられた。とくに負極性電圧印加時は負極を起点とした放電となり、高圧電極のみに溶融が発生した。ここから、低気圧環境下での放電現象には電界電子放出が強く影響していることが示唆される。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は低気圧、短ギャップにおける絶縁破壊特性を取得することができたが、絶縁破壊機構、部分放電開始機構の物理モデル構築までには至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

次年度が最終年度となる。本年度得られた低気圧環境下でのV-t特性をもとに、パッシェンの法則の極小値以下の領域における絶縁破壊機構、部分放電開始機構を検討し、微小ギャップを有する機器における新たな絶縁設計指針を提案する。
また、本年度の実験の際には正極性電圧印加時に不正放電が多く見られたため、対策の上追加で実験を実施する。

Causes of Carryover

学会出張予定を変更したため旅費分の差額が生じている。
差額は次年度の国際会議出張費として使用する。