| 研究課題/領域番号 |
20K14712
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| 研究機関 | 湘南工科大学 |
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研究代表者 |
岩渕 大行 湘南工科大学, 工学部, 講師 (50757341)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 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 |
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| 研究実績の概要 |
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、μm-mmオーダの微小なギャップにおける部分放電開始電圧、および部分放電開始電圧に与える電界電子放出・二次電子放出現象の影響を、数値解析により検討する研究を行った。まず正イオンに関する二次電子放出係数の影響を検討したが、結果として部分放電開始電圧にあまり影響がないことを確認した。続いて、誘電体膜厚とギャップ距離が部分放電開始電圧に与える特性を検討した。部分放電開始電圧は、ギャップ距離が広がっても大きく変化せず、ほぼ一定にとどまることを解析した。また、部分放電開始電圧は誘電体膜厚を増すことで部分放電が起きにくくなり、上昇することが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、ボルツマン方程式の二項近似解法を用いた流体近似により、μm-mmオーダの微小なギャップにおける部分放電開始電圧、および部分放電開始電圧に与える電界電子放出・二次電子放出現象の影響を、数値解析した。今後の実験で使用するモデルを想定し、誘電体膜厚とギャップ距離が部分放電開始電圧に与える特性を取得することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は実験装置の製作、極小ｐｄ下における部分放電開始電圧、絶縁破壊電圧の測定を行う。最終年度は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。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験装置の製作、実験の実施を2年次以降とし、初年度は既存のソフトウェアを用いたシミュレーションを中心に実施したため、次年度使用額が生じた。
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