等离子体显示器概述

彩色等离子体显示西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室胡文波提纲一、等离子体显示器概述二、气体放电物理根底三、彩色交流等离子体显示器〔AC-PDP)介绍四、彩色AC-PDP的制造材料和工艺五、彩色AC-PDP电路系统六、彩色PDP的开展与现状七、彩色AC-PDP放电单元的结构设计八、直流等离子体显示器〔DC-PDP)九、PDP的应用西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室Whatisaplasma?固态

液态

气态？

如果气体的温度继续升高，物质受热能的激发而电离。如果温度足够高，就可以使物质全部电离。电离后形成的电子之总电荷量同所有的正离子的总电荷量在数值上相等，而在宏观上保持电中性。等离子体显示器概述西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室PDP：PlasmaDisplayPanel气体放电物理根底气体原子的电离西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室原子获得能量等离子体的分类:西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体高温等离子体〔完全电离气体〕温度范围：106~108K，如可控热核反响等离子体、太阳、恒星等。低温等离子体〔局部电离气体〕热等离子体〔Te=104~106K，Ti=3103~3104K〕冷等离子体〔Te>104K，Ti=室温〕如电弧等离子体、高频等离子体、燃烧等离子体等。如辉光放电正柱区等离子体显示器概述PlasmaDisplayPanel

：所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。

日光灯发光原理

PDP平板显示矩阵西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述

按颜色分：

•单色PDP直接利用气体放电时发出的可见光来实现单色显示。

•彩色PDP放电发光真空紫外线〔VUV〕荧光粉可见光西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述(a)DC-PDP(b)对向放电型AC-PDP(c)外表放电型AC-PDP按电极结构分：西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述PDP与CRT性能的比较西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述优点：缺点：〔1〕主动发光型显示；〔1〕功耗大，不便于采用电池〔2〕易于实现薄型大屏幕；电源〔与LCD相比〕；〔3〕具有高速响应特性；〔2〕彩色发光效率低〔与CRT〔4〕可实现全彩色显示；相比〕；〔5〕视角宽，可达160度；〔3〕驱动电压高〔与LCD比较〕；〔6〕伏安特性非线性强，〔4〕产生较强的电磁干扰〔EMI〕；具有很陡的阈值特性；〔5〕价格高。〔7〕具有存储功能；〔8〕无图像畸变，不受磁场干扰；〔9〕应用的环境范围宽；〔10〕工作于全数字化模式；〔11〕具有长寿命。西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述直流PDP〔DC-PDP〕的开展史•1954年NationalUnion公司研制出矩阵结构DC-PDP•二十世纪五十年代初Burroughs公司开发出用于数码显示的直流气体放电管西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述

•1972年Burroughs研制出具有自扫描功能的DC-PDP板•1978年，G.E.Holz提出脉冲存储技术，使得DC-PDP可以工作于存储模式；•1995年NHK公司开发的102cm脉冲存储式DC-PDP西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述•1995年，NHK和松下公司合作采用内置电阻结构制作出

107cm

的HDTVDC-PDP。它具有1920

1035像素，单元节距为0.48mm

0.5mm，可实现256级灰度显示。

西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述交流PDP〔AC-PDP〕的开展史•1964年Bitzer和Slottow研制出AC-PDP西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述PDPInventorsProfDonBitzer(right)ProfGeneSlottowUniversityofIllinois等离子体显示器概述•1969年，Owens-Illinois研究小组研制出开放单元〔OpenCell〕结构的单色AC-PDP西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室1976年G.W.Dick发表一种具有交叉电极结构的外表放电型AC-PDP；交叉电极结构外表放电型AC-PDP下板结构交叉电极结构的外表放电型AC-PDP西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述1977年G.W.Dick一种带有“连通〞导体的外表放电型AC-PDP1979年G.W.Dick又设计出带有“连通〞电容的外表放电型AC-PDP西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述〔1〕电极材料的选择很困难；〔2〕电场集中在上下层电极的交叉区域，容易造成该区域保护层的毁坏，引起放电电压的改变；〔3〕这种交叉电极结构的容抗较大，使得驱动困难。西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室两电极结构外表放电型AC-PDP存在的缺点：•1985年，G.W.Dick和富士通公司开发出三电极结构的外表放电型AC-PDP；等离子体显示器概述•1990年，富士通公司开发出寻址与显示别离的驱动技术〔ADS〕，可以实现多灰度级彩色显示；•1992年，富士通公司开发出条状障壁结构外表放电型AC-PDP，并采用此结构生产出世界上第一台53cm(21英寸)彩色PDP；•1995年，富士通公司推出了107cm(42英寸)PDP。至1997年底,日本NEC、先锋、松下、三菱等公司也相继实现了107cm彩色PDP的批量生产。西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述悬浮电极结构AC-PDP：

荧光粉涂敷简单；

具有很好的高频工作特性，它工作在600kHz时仍具有33V的动态范围。障壁电极结构的AC-PDP：障壁起到了电子和离子倍增的作用，因而放电空间中电子和离子的浓度不会随着单元节距的减小而降低，也就不会使PDP的亮度和光效下降。但这种结构PDP的制作工艺较为复杂。西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室其它PDP结构等离子体显示器概述AC/DC混合型PDP：存储片由金属刻蚀制得，整个外表被介质层所覆盖。由于存储片为整个显示器所共有，故其驱动电路本钱很低。优点是免除了AC-PDP和DC-PDP复杂的障壁制作，存储片电阻小。西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述一、等离子体显示器概述二、气体放电物理根底三、彩色交流等离子体显示器〔AC-PDP)介绍四、彩色AC-PDP的制造材料和工艺五、彩色AC-PDP电路系统六、彩色PDP的开展与现状七、彩色AC-PDP放电单元的结构设计八、直流等离子体显示器〔DC-PDP)九、PDP的应用提纲西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体放电中的根本粒子：•基态原子〔或分子〕•电子e＝1/2mve2，典型密度为1016~1020/m3.•激发态原子(或分子)•正离子和负离子•光子＝h气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室根本粒子间的相互作用•弹性碰撞参与碰撞的粒子的运动速度和方向发生变化，而位能不发生变化。平均能量损失率气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室举例：me=9.110-31kg,mHe=6.6810-27kg.e-He原子碰撞：＝2.7210-4,He+-He原子碰撞：＝0.5•非弹性碰撞使参与碰撞的粒子间发生了位能的变化。第一类非弹性碰撞：导致粒子体系位能增加。如He+e(快速〕He*+e〔慢速〕第二类非弹性碰撞：导致粒子体系位能减小。如He*+e(慢速〕He+e〔快速〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室内能的最大值气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室第一类非弹性碰撞:如m1

m2，Wmax0.5E1；

m1

m2，WmaxE1。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体原子的激发和电离激发态原子能级谐振能级〔受激原子自发地直接过渡到基态，并产生光子辐射。〕较高激发态能级〔向较低基发态能级跃迁，并产生光子辐射。〕亚稳能级〔不能自发地通过光辐射向基态跃迁。〕西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体放电物理根底•电子与气体原子碰撞致激发和电离原子由基态E0

激发态Em基态原子被电离电子必须具有的动能——电子使基态原子(或分子)电离和激发气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室——电子使激发态原子电离和激发举例：

汞的电离电位为10.4V，而汞弧放电的稳态电压只有9~10V。这是因为能级为4.66ev能级为5.43ev气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室碰撞截面原子作用半径R：电子与原子间能发生相互作用的最大距离。原子与电子碰撞的有效截面电子能量的函数

有效截面不仅包含原子半径的概念，还包含了带电粒子和原子在相互作用中，具有几率和不确定因素的含意。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室电子和气体原子的碰撞几率总有效截面电子的平均自由程气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室氦原子的激发截面与电子能量的关系•原子和离子与气体原子碰撞致激发和电离气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室•光致激发和光致电离光致激发和光致电离的光子波长气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室•热激发和热电离(1)气体原子相互碰撞产生电离(2)高温气体产生热辐射而引起的光致电离(3)以上两种电离过程所产生的高能电子引起的碰撞电离气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室•X射线及核辐射引起的电离和剩余电离(1)气体原子吸收X射线量子后，使一个价电子脱离。这个高能电子使气体原子产生大量的碰撞电离。(2)高能X射线量子被原子吸收使原子一个内层电子电离，随即有较外层的电子跃迁到内层空位上，这个过程也伴随着能量的释放，即辐射出另一个能量比一次X射线量子为低的X量子。这个新的X量子又可以产生新的电离。(3)原子不是完全吸收x射线量子，而是产生康普顿效应。X射线：气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室核辐射引起的电离：〔1〕射线、质子和氘核它们引起的电离，相当于高速正离子与气体原子产生的第一类非弹性碰撞。〔2〕射线它引起的电离，相当于极高速电子与气体原子的第一类非弹性碰撞。〔3〕射线射线引起的电氏相当于能量很大的光于引起的光致电成主要产生康普顿效应。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室〔1〕在地面附近产生剩余电离的原因是地壳中放射性物质的辐射。〔2〕高空中的剩余电离主要是宇宙射线引起的。宇宙线是来自星际空间的高能粒子。剩余电离从地面向上升高时，剩余电离作用开始随高度增加而下降，在到达1.5km以后，剩余电离重新增加。气体原子的激发转移和消电离气体粒子的激发转移和消电离是气体粒子的激发和电离的逆过程，这些根本过程属于重粒子间的第二类非弹性碰撞。1．气体原子的激发转移

•自发辐射跃迁

•与电子的非弹性碰撞•与基态原子的非弹性碰撞潘宁效应辐射的淬灭敏化荧光气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室2．带电粒子的复合•电子和正离子间的复合气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室假定电子质量为m，正离子质量为M。复合之前，电子相对于离子的速度为，复合后形成中性原子速度为u。中性原子的质量那么为m＋M。eUi为其电离能。根据动量守恒有根据动量守恒有气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室从以上两式得出说明电子与正离子的二体复合不可能发生。三体碰撞复合辐射复合气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室•正负离子间的复合〔a〕辐射复合X-+Y+XY+h〔b〕电荷交换X-+Y+X＋Y〔c〕三体复合X-+Y+＋ZXY+Z由于正、负离子间的相对运动速度比较小，所以离子复合几率比电子复合几率大得多。在能够形成负离子的气体中，体积复合大多分两步进行，首先是电子和原子结合形成负离子，然后负离子再与正离子发生复合。3.带电粒子的电荷转移4．负离子的形成中性原子捕获电子形成负离子三体碰撞分解吸附分子气体与电子碰撞产生离子对重粒子间的电荷转移产生离子对气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室带电粒子在气体中的运动•带电粒子的热运动•带电粒子的扩散运动•带电粒子的漂移运动气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室带电粒子的热运动〔1〕带电粒子的速度分布与平均动能麦克斯韦分布：西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体放电物理根底三种统计速度：最可几速度平均速度方均根速度带电粒子的平均动能：气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室带电粒子的平均自由程及其分布律分子平均自由程离子平均自由程电子平均自由程电子自由程分布律气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室杂乱电流密度在无外场作用时，带电离子在气体中的无规那么热运动，在宏观上对外并不表现出电流。但在电离气体中，某一指定方向的单位面积上，在单位时间内有一定量的带电粒子通过。电离气体中的杂乱电子、离子流密度为气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室带电粒子在气体中的迁移运动离子迁移速度电子迁移速度通过气体的电流气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室离子迁移率〔Longevin公式〕温度为0

C，气体压强为133Pa气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室电子迁移率电子在每次碰撞中传给气体粒子的平均能量百分数气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室带电粒子在气体中的扩散运动电子扩散系数离子扩散系数由于

e>

i，

e>

i，所以De>>Di。爱因斯坦关系式带电粒子的双极性扩散运动带电粒子的浓度分布随时间的变化气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体放电物理根底气体发生稳定放电的区域：正常辉光放电区反常辉光放电区弧光放电区气体放电的伏安特性

西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室为了描述气体放电中的电离现象，汤生提出了三种电离过程，并引出三个对应的电离系数：〔1〕汤生第一电离系数—α系数。它是指每个电子在沿电场反方向运行单位距离的过程中，与气体原子发生碰撞电离的次数。气体的击穿和巴邢定律电子繁流示意图西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体放电物理根底〔2〕汤生第二电离系数—β系数。它是指一个正离子沿电场方向运行单位路程所产生的碰撞电离次数。〔3〕汤生第三电离系数—系数。它是指每个正离子打上阴极外表时，产生的二次电子发射数。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室当一个电子由阴极方向进入dx层，那么在dx层中将产生αdx个电子。如果在x处，单位时间通过单位面积的电子数为n，那么经过dx层后，新产生的电子数为nαdx，即在dx中，电子的增长数为如边界条件为x＝0，n＝n。，那么在均匀电场中(α＝常数)，对式上积分，得〔1〕〔2〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室如极间距离为d，那么到达阳极的电子数相应的电子流密度为从阳极发射的n0个电子，在到达阳极过程中，因α作用在空间新产生的电子数为na-n0＝。这些也是新产生的正离子数。这些正离子向阴极方向运动。如果忽略正离子在空间的碰撞电离作用(

＝0)，就有个正离子轰击阴极，它们将在阴极上新产生个电子。〔3〕〔4〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室

假定n0是外界电离源，它的大小不随时间变化。把它看成第一周期从阴极发射的电子。到了第二周期阴极单位时间、单位面积发射的它于数等于。令依次类推，可以写出第三、第四、……周期、阴极单位时间、单位面积发射的电子数以及到达阳极的电子数。经过无限周期以后，到达阳极的电子数为其极限值为〔5〕〔6〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室电子繁流过程中，阴极发出的电子数和到达阳极的电子数气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室相应的电子流密度为相应的极间电压为自持放电的击穿电压或着火电压。从上式看出，当分母为零时，电流可趋于无穷大，或者当分母为零，分子也趋于零时，ja仍可以为有限值。这说明，当外界电离源去除，即使初始电流j0＝0，放电仍然继续进行，这就形成了自持放电。因此放电着火(或称击穿)的条件为〔7〕〔8〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室为了定量分析与场强和气压P的关系，必须作几点近似假设：(1)电场较强，电子在气体中以定向运动为主，忽略乱向热运动；(2)电子和气体原子每次磁撞后，沿电场方向的初速度为零；(3)电子在一个自由程中从电场获得能量E＝ee，只要eeeUi，那么电离几率为1；如果ee＜eUi，电离几率为零。

根据假设(1)和

的定义，

系数应等于电子在1cm路程中与气体原子的平均碰撞次数和电离几率的乘积，即〔9〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室

根据假设(2)和(3)，当电子在一个自由程中获得的能量e

e等于或大于原子电离能eUi时，就一定产生电离碰撞。换言之，当电子在两次碰撞间的自由程满足可产生电离碰撞。因此自由程大于Ui/

的几率，就是电离几率。根据自由程分布规律，立即可得〔10〕〔11〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室将式(11)代入式(9)，得令，P为气体压强。又令B=AUi。代入式〔12〕得〔12〕或〔13〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室几种气体的巴邢曲线

帕邢(Paschen)首先发现，在气体种类、电极材料等条件不变时，着火电压Ub不仅单独和压强P或极间距离d有关，而且和Pd的乘积有关，即Ub是Pd的函数Ub=f〔Pd〕〔14〕这个规律称为帕邢定律。Ub与Pd的函数关系的推导：根据着火条件，在着火时，

系数必须满足〔15〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室另一万面，据式(13)〔16〕从式(15)和(16)相等，并今着火电压为Ub，可得上式两边取对数整理后得〔17〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室因而

令〔18〕从，可得最低着火点：〔19〕〔20〕气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室帕邢定律的物理意义：电子从阴极到阳极全部路程d内，所产生的总碰撞次数为而电子在一个平均自由程中从电场获得的能量为因电子碰撞电离几率E1/Pd，因此无论改变压强P或极间距离d，只要Pd乘积不变，那么Nd和电离几率都不变，也就是电子从阴极到阳极所产生的总电离碰撞次数不变，着火电压也不变。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室存在Ub的物理解释：当p不变，而d由小增大时，E变小，变小，但d的乘积可能增大也可能减小，因此存在最正确放电状态。当d不变，而p增大时，电子在一个自由程中获得的能量减小，电离几率下降，这对放电不利；但另一方面电子在极间碰撞总数增大，这对放电开展有利，因此也存在最正确放电状态。可见，当pd乘积发生变化时，一方面因碰撞次数增多，有利于放电开展；另一方面，因电子在一个自由程中获得能量减小，不利于放电的开展。综合两方面的影响因素，存在最小着火电压。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室汤生放电理论的缺陷：自持放电的条件：那么由气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室假设j00，ja.无法说明着火以后，自持放电的开展情况。原因：

没有考虑繁流过程中，逐渐增长的空间电荷对电场畸变造成的影响。罗果夫斯基的空间电荷理论气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室空间电荷分布，由泊松方程可得电场和电位分布为空间电荷影响下的电位分布空间电荷影响下的电场分布气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室放电开展过程中，极间电位分布的变化气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室自持放电的稳定前一周期从阴极单位时间、单位面积发射出的电子数为n1，那么由于、过程，后一周期从阴极发射出的电子数电离增长率气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室放电开展过程中及的变化影响气体放电着火电压的因素

pd值的作用巴邢定律说明，当其它因素不变时，pd值的变化对着火电压的变化起了决定性的作用。因此，PDP中充入气体的压强和电极间隙对PDP的着火电压有很大影响。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体种类和成分的影响值和击穿电压Ub值，都与气体的性质(种类和气压)有关，并主要由电子与一定气体粒子发生碰撞的过程来决定。—气体的电离电位对击穿电位的影响是另一个重要的因素，在其他条件不变的情况下，通常电离电位越大的气体，它的击穿电位就越大。—如果碰撞时电子还未到达足以使气体电离的速度，电子与这种气体粒子碰撞损失的平均能量较大，那么这种气体被击穿所需要的电场强度就大，相应地要求击穿电位也高。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室

在放电管内有两种气体的混合物时，Ub就不能简单地用混合方法以混合气体的浓度去计算。实验指出，混合气体的击穿现象往往与纯粹气体完全不同。氮—氢混合气体的最小着火电压与Pd的关系气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室空气中水蒸气含量对放电击穿电位的影响〔平面电极极距为d＝4．93×10-3m，空气压强为400Pa〕当空气中所含水蒸气量减少时，击穿电压会随着减少。当空气继续枯燥时，在水蒸气分压强约为3Pa附近时击穿电位开始重新上升。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室

在氖气中混入少量氩气能使气体的击穿电压降低，其降低量由氩气的混合量决定。这种现象就是放电中潘宁效应的结果。这种效应在氖—汞混合气体中也存在。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室潘宁电离：设A、B为不同种类的原子，原子A的亚稳激发电位大于原子B的电离电位，亚稳原子A*与基态原子B碰撞时，使B电离，变为基态正离子B+〔或激发态正离子B+*〕，而亚稳原子A*降低到较低能态，或变为基态原子A，此过程称为潘宁电离，可用符号表示为：A*+BA+B+〔或B+*〕+e由于亚稳原子具有较长的寿命，其平均寿命是10-410-2s〔而一般激发态原子的寿命为10-810-7s〕，因此潘宁电离的几率较高，使得根本气体的有效电离电位明显降低。另外，着火电压下降的大小还与两种气体的性质和它们量的混合比有非常密切的关系。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室阴极材料和外表状况的影响在各种阴极材料的平板电圾之间氩气的击穿电压随Pd的变化气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室

辅助电离源的影响

使用辅助电离源来加快带电粒子的形成，也可以使着火电压降低。例如：

人工加热阴极产生热电子发射，取代

发射过程的作用；

用紫外光照射阴极，使阴极产生光电发射；

放射性物质靠近放电管，放射性射线引起气体电离；

通过预放电提供初始的带电粒子等可以大大降低着火电压。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室

电场分布的影响

电极结构和极性决定着火前电极间隙的电场分布。电场分布对汤生

系数和

系数的数值与分布起决定性作用，影响气体中电子与离子的运动轨迹以及电子雪崩过程。因此，它对着火电压影响很大。

同轴圆筒电极系统，中心电极不同极性，着火电压与气压的关系气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室辉光放电的发光

正常辉光放电的根本特征：(1)放电时，在放电空间呈现明暗相间、有一定分布规律的光区。(2)由于着火后，空间电荷引起的电场畸变使放电空间电位根本上分成两段：阴极位降区和正柱区。在阴极位降区中产生电子繁流过程，满足放电自持条件，故它是维持辉光放电必不可少的局部。(3)管压降明显低于着火电压，并且不随电流而变。电压一般在几十到几百伏。电流为毫安级。电流密度为A/cm至mA/cm数量级。(4)阴极电子发射主要是过程。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室正常辉光放电的光区分布：一个充氖的冷阴极放电管长50cm，气压P＝133Pa，在正常辉光放电时的光区和电参量分布(1)阿斯顿暗区它是紧靠阴极的一层很薄的暗区。在这里由于受正离子轰击从阴极发射出来的二次电子初速很小，不具备激发条件。由于没有受激原子，因而是暗区。(2)阴极光层这是一层很薄、很弱的发光层。电子在通过阿斯顿暗区以后，从电场中获得了一定的能量，足以产生激发碰撞，使气体发光。但电于数量不大，激发很微弱。气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室(3)阴极暗区电子离开明极后，到这里获得的能量愈来愈大，甚至超过了激发几率的最大值，于是激发减少，发光减弱。在这个区域内，电子能量已超过电离电位，引起了大量的碰撞电离，繁流放电集中在这里发生。产生电离后，电子以较快的速度离开，这里就形成很强的正空间电荷的堆积，从而引起电场畸变。管压降的大局部集中在这里和阴极之间。在正常辉光放电时的光区和电参量分布气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室(4)负辉区进入负辉区的电子可以分为两类:快电子和慢电子。慢速电子是多数，它们在负辉区产生许多激发碰撞，因而产生明亮的辉光。另外，在阴极暗区，因离子浓度很高，它们会向负辉区扩散，因而负辉区中，电子和正离子的浓度都很大，而电场很弱，几乎是无场空间。可以说，负辉区是一个由快速电子维持的、复合占优势的等离子区。负辉区中电子和正离子浓度比正柱区中约大20倍。在正常辉光放电时的光区和电参量分布气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室〔5〕法拉第暗区这是一个处于负辉区和正柱区之间的过渡区。由于电子在负辉区中损失了很多能量，进入这个区域以后，便没有足够的能量来产生激发，所以是暗区。在正常辉光放电时的光区和电参量分布气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室〔6〕正柱区这个区域中，在任何位置电子密度和正离子密度相等，净空间电荷为零，因此又称等离子区。电场沿管轴均匀分布。因正离子的迁移率很小，放电电流主要是电子流。由于管壁复合，正柱区中存在电子和离子径向的双极性扩散运动。正柱区中有一定的轴向电场强度，电子从电场中获得一定的能量，产生一定数量的碰撞电离和激发。〔7〕阳极区在该区有时可以看见阳极暗区，在阳极暗区之后是紧贴在阳极上的阳极辉光。在正常辉光放电时的光区和电参量分布气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室气体放电物理根底西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室正常辉光放电规律：(1)在正常辉光放电时，放电仅仅发生在阴极外表的一局部面积上，随着放电电流的增大，阴极外表的辉光面积也随之增大，而在这个过程中，阴极电流密度jcn那么保持不变，阴极位降Ucn也保持常数。当阴极面积全部被辉光覆盖后，假设继续增大电流，那么阴极位降Ucn随之增加，放电转入了反常辉光放电阶段。(2)当放电的其他条件保持不变时，正常辉光放电阴极位降区的长度dcn随气压P成反比例变化。即Pdc＝常数(3