[发明专利]用于爆炸箔起爆器的肖特基结平面爆炸开关及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高功率脉冲开关，具体涉及一种用于爆炸箔起爆器的肖特基结平面爆炸开关及其制备方法。

背景技术

爆炸箔起爆器（Exploding Foil Initiator），由于其不含敏感含能单元，具有抗电磁干扰能力强，耐冲击等优点，是一种极其安全可靠的雷管，适用于直列式爆炸序列，在钝感弹药中有着广阔的应用前景。

随着弹药向小型化，智能化的方向发展，对与冲击片雷管配套的起爆系统提出了更高的要求。举例来说，一般的高压开关有三个电极，两个主电极之间有耐受1KV—3KV高压的要求，由空气绝缘或将开关置于密封真空的环境中，通过开关的闭合使触发极作用破坏主电极之间的绝缘，使能量从储能装置中经过主电极释放给EFI。通常这种类型的开关需要满足以下要求：（1）在高压电容器作用下，导通时间应小于100ns；（2）主电极之间能耐受1～3KV的高压；（3）峰值电流为1～3KA，峰值功率为1～15MW。

目前广泛应用于EFIs的高压开关主要有火花隙开关和金属氧化物半导体控晶闸管（MCT）开关。火花隙开关通常是用陶瓷做的，有三个小型的电极触发火花隙，或者充气或者内真空，对其密封的可靠性要求很高，同时需要昂贵的高压触发电路。虽然能够满足使EFI作用的要求，但是存在着成本高，体积大等缺点，不适用于爆炸箔起爆系统小型化。MCT开关具有体积小的优势，但存在漏电流相对于较大，开关的响应速度相对较慢，只适用在温度小于100℃、电压低于1500V和弱辐射环境中等问题。

为此，各国研究者相继开展研究，设计制作出更加适用于微型化EFIs的高压开关。在专利US4840122中，Eldon Nerheim提出一种以多晶硅为触发极桥区的等离子平面开关，但该开关的触发极发火电压较高。（Transactions on Power Electronics 2009(24): 253-259）中，Baginski提出了一种单触发开关的结构，该开关为立体层状结构，由金属层和聚合物绝缘层构成，结构和制作工艺都比较复杂，并且以上两种结构都不能实现触发极发火电压可调。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于爆炸箔起爆器的肖特基结平面爆炸开关及其制备方法。

 

实现本发明目的的技术解决方案为

    一种用于爆炸箔起爆器的肖特基结平面爆炸开关，所述开关包括硅基衬底、金属铜层和肖特基结桥区层；所述的硅基衬底表面设置凹槽，所述凹槽为被与硅基衬底整体结构一体的隔线划分为三个，其中中间的凹槽为两端宽中间窄的桥形结构，宽的区域为桥基，窄的区域为桥区；两边的凹槽为对称结构且沿硅基衬底中线对称；在硅基底上有一层防止漏电流的SiO₂绝缘层在凹槽内放置有与凹槽相互匹配的金属铜层，所述金属铜层分为四块，分别放置在两边凹槽和中间凹槽的桥基处；所述的肖特基结桥区层放置在凹槽的桥区处。

    其中，所述的肖特基结桥区层由桥区Al层（和桥区CuO层组成，所述桥区Al层为若干中间有空隙的条状结构，所述桥区CuO层由顶面为平面结构，底面为与桥区Al层的条状结构相互配合的若干中间有空隙的条状结构组成。

    所述的肖特基结桥区层还可以由桥区Al层和桥区ZnO或桥区MoO组成。

    一种用于爆炸箔起爆器的肖特基结平面爆炸开关的制备方法，所述的平面爆炸开关按以下步骤来制备：

第一步，对硅基衬底进行表面清洗，利用干法刻蚀法在硅基衬底表面刻蚀凹槽，然后在其表面上利用热氧化法生成一层SiO₂绝缘层；所述凹槽为被划分为三个，其中中间的凹槽为两端宽中间窄的桥形结构，宽的区域为桥基，窄的区域为桥区；两边的凹槽为对称结构且沿硅基衬底中线对称；

第二步，利用光刻剥离工艺和磁控溅射技术在两边凹槽和中间凹槽的桥基处沉积金属铜层；

第三步，利用光刻剥离工艺和磁控溅射技术在中间凹槽的桥区处沉积桥区Al层，所述桥区Al层为若干中间有空隙的条状结构，桥区Al层与桥基处的金属铜层相连；

第四步，利用光刻剥离工艺和磁控溅射技术在桥区Al层的空隙处沉积桥区CuO层；

第五步，覆有肖特基结开关的基片经划片、焊丝、封装后，制备得到用于爆炸箔起爆器的肖特基结平面爆炸开关。

    所述桥区Al层、桥区CuO层中Al/CuO的量按完全发生化学反应的摩尔比2:3配比。