用于真空环境中隔离高压电极的绝缘装置的制作方法

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种用于真空环境中隔离高压电极的绝缘装置。

背景技术：

1、绝缘装置在诸如带电粒子束装置、x射线管、粒子加速器等需要在真空环境中隔离高压电极设备中具有广泛的应用。目前，绝缘装置的结构如图1所示，绝缘体120用于支撑不同电势的金属电极112以及111。真空环境可以提高绝缘体120的耐压性能，整个绝缘体120和金属电极112以及111置于真空环境中。相比于真空间隙的绝缘方式，在金属电极112以及111之间距离相等的情况下加入绝缘体120后，在较低的电压下，电极间就会被击穿出现放电现象，此现象可以被称为绝缘体表面闪络击穿，而绝缘体表面闪络现象严重制约了真空环境中绝缘装置和金属电极的性能。

2、具体而言，真空环境中，绝缘体120表面的闪络是由于在金属电极、绝缘体、真空环境三者的触面(定义为triplejunction)处加强的电场引起阴极电子112e发射，激发出来的电子112e轰击在绝缘体120表面以及其表面吸附的气体分子上激发出新的二次电子112e，随着电子112e的不断推移最终导致闪络击穿的发生。

3、参考图2和图3，图2和图3分别为金属电极112、绝缘体120和真空接触面的理想情况和微瑕疵存在时的电势分布图。从电势分布图来看，当接触面存微小缺陷时，金属电极112、绝缘体120和真空三者的接触面a处的电势密度增加，即a处电场被加强，从而降低绝缘体120的闪络击穿电压。在实际应用中，金属电极112与绝缘体120完全贴合几乎无法实现，金属电极112与绝缘体120之间的间隙存在，会导致绝缘体120耐压能力的下降，从而导致真空电器件性能的下降或者损坏。

4、由此，如何改善电极、绝缘体和真空接触面处电场，从而提高真空环境中的绝缘体的耐压性能，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明为了克服上述相关技术存在的缺陷，提供一种用于真空环境中隔离高压电极的绝缘装置，改善电极、绝缘体和真空接触面处电场，从而提高真空环境中的绝缘体的耐压性能。

2、根据本发明的一个方面，提供一种用于真空环境中隔离高压电极的绝缘装置，包括：

3、绝缘体，包括相背的第一端面以及第二端面，所述第一端面与第一电极连接，所述第二端面与第二电极连接，所述第一电极与所述第二电极位于所述真空环境，且所述第一电极的电势小于所述第二电极的电势；

4、其中，所述绝缘体的所述第一端面的表层及所述第一端面的侧面邻域表层覆盖有导电层。

5、在本发明的一些实施例中，所述绝缘体的所述第二端面的表层及所述第二端面的侧面邻域表层覆盖有导电层。

6、在本发明的一些实施例中，所述导电层的厚度小于1微米。

7、在本发明的一些实施例中，所述导电层包括金属层或半导体层。

8、在本发明的一些实施例中，所述导电层通过物理蒸镀、物理气相沉积、化学气相沉积、化学电镀、离子注入方法中的至少一种工艺制备。

9、在本发明的一些实施例中，所述第一端面的侧面邻域表层形成圆角结构或者倒角结构。

10、在本发明的一些实施例中，所述倒角结构的倒角角度大于等于5度且小于等于85度。

11、在本发明的一些实施例中，所述倒角结构的倒角高度大于等于0.1毫米且小于等于1毫米。

12、在本发明的一些实施例中，所述绝缘体为无机材料或有机材料。

13、在本发明的一些实施例中，所述第一电极、所述第二电极之间的电压v，与述第一电极、所述第二电极之间沿所述绝缘体表面的路径长度l，满足以下数学关系：0.8kv/mm<v/l<1.5kv/mm。

14、相比现有技术，本发明的优势在于：

15、一方面，通过在绝缘体的第一端面的表层及所述第一端面的侧面邻域表层覆盖有导电层，从而使得绝缘体在第一电极接触时产生等势面，降低绝缘体、第一电极以及真空环境三者接触面(第一端面的侧面邻域)处的电场强度，从而提升绝缘体在真空环境中的耐击穿电压；另一方面，由于绝缘体表面闪络现象主要由电势较低的电极引起，绝缘体接触电势较低的第一电极的第一端面及其侧面领域容易出现绝缘失效，从而在绝缘体的第一端面的表层及所述第一端面的侧面邻域表层覆盖有导电层，能够有效提高绝缘性能。

技术特征：

1.一种用于真空环境中隔离高压电极的绝缘装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的绝缘装置，其特征在于，所述绝缘体的所述第二端面的表层及所述第二端面的侧面邻域表层覆盖有导电层。

3.如权利要求1或2所述的绝缘装置，其特征在于，所述导电层的厚度小于1微米。

4.如权利要求1或2所述的真空绝缘装置，其特征在于，所述导电层包括金属层或半导体层。

5.如权利要求1或2所述的真空绝缘装置，其特征在于，所述导电层通过物理蒸镀、物理气相沉积、化学气相沉积、化学电镀、离子注入方法中的至少一种工艺制备。

6.如权利要求1或2所述的绝缘装置，其特征在于，所述第一端面的侧面邻域表层形成圆角结构或者倒角结构。

7.如权利要求6所述的绝缘装置，其特征在于，所述倒角结构的倒角角度大于等于5度且小于等于85度。

8.如权利要求6所述的绝缘装置，其特征在于，所述倒角结构的倒角高度大于等于0.1毫米且小于等于1毫米。

9.如权利要求1或2所述的绝缘装置，其特征在于，所述绝缘体为无机材料或有机材料。

10.如权利要求1或2所述的绝缘装置，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极之间的电压v，与述第一电极、所述第二电极之间沿所述绝缘体表面的路径长度l，满足以下数学关系：0.8kv/mm<v/l<1.5kv/mm。

技术总结
本发明提供一种用于真空环境中隔离高压电极的绝缘装置，绝缘装置包括：绝缘体，包括相背的第一端面以及第二端面，所述第一端面与第一电极连接，所述第二端面与第二电极连接，所述第一电极与所述第二电极位于所述真空环境，且所述第一电极的电势小于所述第二电极的电势；其中，所述绝缘体的所述第一端面的表层及所述第一端面的侧面邻域表层覆盖有导电层。本申请改善电极、绝缘体和真空接触面处电场，从而提高真空环境中的绝缘体的耐压性能。

技术研发人员：罗浒,张旭
受保护的技术使用者：上海精测半导体技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13