| 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、および絶縁破壊電圧を実験により測定した。誘電体として、εr=3.4のポリイミドを用い、誘電体上に厚さ100～200nmの金属膜を形成したサンプルに直流電圧を印加した。その後、印加電圧を100V/sのペースで上昇させた際の部分放電開始電圧（PDIV）と絶縁破壊電圧を測定した。測定の結果、部分放電開始電圧（PDIV）は電極間のギャップ長によらず一定となり、絶縁破壊電圧はギャップ長が増加するにしたがって、1.0kVから3.0kVの範囲で増加した。実験により得られた特性は昨年度の研究で得られたシミュレーション結果とよく一致し、シミュレーションモデルの妥当性が示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
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、および絶縁破壊電圧を実験により測定した。実験により得られた特性は昨年度の研究で得られたシミュレーション結果とよく一致するものであり、大気圧環境下における部分放電、絶縁破壊現象の物理モデルを作成することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は低気圧環境下における部分放電開始電圧および絶縁破壊特性の測定を行う。次年度が最終年度となるため、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 |
本年度は実験装置の製作、実験実施のため、サンプル作成に必要な素材と、放電発光の撮影に必要なハイスピードカメラを購入した。社会情勢を鑑み、出席する学会を変更、制限したため、次年度使用額が生じた。差額は次年度に実施する真空系の実験装置に使用する予定である。
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