一种氧化镓基电网电晕监测芯片及其制备方法

1.本发明涉及高压输变电设备的安全检测领域，具体涉及到一种氧化镓基电网电晕监测芯片及其制备方法。


背景技术：

2.电晕放电是指带电体表面在气体或液体介质中出现许多局部的电离和激发过程，但电极之间并不击穿或导通而出现的自持放电现象，常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内，如在电力领域中输电线路、高压电器、绝缘子等的电晕放电。电晕要消耗电能，电晕放电时产生的脉冲电磁波对无线电和高频通信会产生干扰；电晕还会使导线表面发生腐蚀，从而降低导线的使用寿命。
3.电弧、电晕以及局部放电等因素往往会损害高压设备，甚至引发电力系统瘫痪，在超高压直流输变电系统中，确保电力系统的安全可靠运行尤为重要。同时，电晕放电也会严重地影响人身安全。因此，如何准确、及时、有效地检测电晕放电的位置及强弱对保证电力系统可靠运行、减少设备损坏和确保人身安全具有重要的意义。
4.目前，电晕放电探测线路巡检主要采用人工目视检查、远红外望远镜、超声电晕探测器、紫外成像检测技术等，由于电晕放电的目标小、强度弱，目视很难观察到。而太阳光中含有很强的红外线，用红外线望远镜观察误检率较高，同时红外线检查仪响应速度慢，不适于航拍。而超声波电晕检测装置探测距离较近，在使用中的人为影响因素较多，检测误差较大。紫外成像检测技术是近几年来新兴的一种电晕检测方式，电晕放电的紫外光谱主要在200-400nm左右的波段。在空气中，电晕放电的峰值波长在300-360nm左右。但在300～360nm波段，在地表太阳辐射比电晕强得多。由于臭氧层的吸收，日盲紫外(200-280nm)波段的深紫外光在大气层中几乎是不存在的，虽然在日盲波段电晕放电的强度弱很多，但此时太阳在地表的背景辐射为零。因此，选择在日盲波段进行电晕放电的检测，可得到准确、理想的探测效果。日盲紫外成像检测系统响应速度快，分辨率高，作用距离远，不受日光的干扰，可准确定位等优点，特别合适用于高压变电系统、高压输电线路等各种恶劣环境下的应用，如巡检、航拍。
5.现有日盲紫外成像电晕检测装置中的核心技术是日盲紫外成像探测器和高截止度紫外滤光片，通常都是使用国外产品。目前采用的日盲紫外成像探测器都为真空紫外探测器件，同时需要配备昂贵的高截止度紫外滤光片。相比之，基于半导体材料的固态紫外探测器件由于体重小、功耗低、量子效率高、便于集成等特点，是真空紫外探测器的替代材料。更为重要的是，半导体材料基紫外探测器可以直接实现对日盲波段的探测，而无需配备昂贵的高截止度紫外滤光片，大大降低成本。对现有宽禁带半导体进行掺杂可实现对帯隙的调控，使其工作在日盲波段，但要想获得高质量的合金薄膜却非常艰难，例如：生长algan薄膜往往需要极高温且难以外延成膜，而znmgo在单晶纤维锌矿的结构下很难保持超过4.5ev的带隙。带隙为4.9ev的ga2o3对应的吸收波长为253nm，对日盲紫外波段具有极高的紫外光电响应特性，而对波长大于280nm的紫外光不响应，是一种应用于日盲紫外成像电晕探测器
的254nm光照下的i-t曲线；
21.图4为本发明中氧化镓基电网电晕监测芯片的结构示意图。
22.附图标记
23.聚酰亚胺薄膜纸1、石墨烯叉指电极2、ga2o3薄膜3。
具体实施方式
24.为更好地说明阐述本

技术实现要素：
，下面结合附图和实施实例进行展开说明：
25.由图1-图4所示，本发明公开了一种氧化镓基电网电晕监测芯片，包括作为衬底的聚酰亚胺薄膜纸1，所述聚酰亚胺薄膜纸1上设置有采用激光诱导石墨烯方法制备的作为载流子收集层的石墨烯叉指电极2，所述石墨烯叉指电极2的叉指上设置有采用磁控溅射方法生长的作为日盲紫外探测器的光敏层的ga2o3薄膜3。
26.进一步的，所述聚酰亚胺薄膜纸1的厚度为0.09mm。
27.进一步的，所述ga2o3薄膜3的厚度为360nm。
28.一种氧化镓基电网电晕监测芯片的制备方法，包括如下步骤：
29.(1)取一张厚度为0.09mm的聚酰亚胺薄膜1，将所述聚酰亚胺薄膜纸1依次用酒精、去离子水擦拭干净，然后用干燥的n2气吹干，待用；
30.(2)将步骤(1)中清洗干净的所述聚酰亚胺薄膜纸1放置于红外激光操作台，对激光进行对焦，使焦点位于所述聚酰亚胺薄膜纸1表面，采用激光诱导石墨烯方法在所述聚酰亚胺薄膜纸1上制备石墨烯叉指电极2，具体制备参数如下：激光功率为5％，激光频率为16khz，扫描速度为9.6mm/s；
31.(3)使用掩模版将步骤(2)中生长好的所述石墨烯叉指电极2的电极遮挡住，将所述石墨烯叉指电极2的叉指露出，放入沉积室，以99.99％纯度的ga2o3陶瓷为靶材，采用磁控溅射方法生长厚度为360nm的ga2o3薄膜3，具体生长参数如下：背底真空为1
×
10-4
pa，工作气氛为ar气，工作气压为1pa，衬底温度为25℃，溅射功率为100w，溅射时间为35min。
32.具体地，取一片10mm
×
10mm
×
0.09mm的聚酰亚胺薄膜纸1，将聚酰亚胺薄膜纸1依次用酒精、去离子水擦拭干净，然后用干燥的n2气吹干，待用；将上述清洗干净的聚酰亚胺薄膜纸1放置于红外激光操作台，对激光进行对焦，使焦点位于聚酰亚胺薄膜纸1表面；采用激光诱导方法在聚酰亚胺薄膜纸1上制备石墨烯叉指电极2，具体制备参数如下：激光功率为5％，激光频率为16khz，扫描速度为9.6mm/s，使用掩模版将上述生长好的石墨烯叉指电极2的电极遮挡住，将其叉指露出，放入沉积室，以99.99％纯度的ga2o3陶瓷为靶材，采用磁控溅射方法生长厚度为360nm的ga2o3薄膜3，具体生长参数如下：背底真空为1
×
10-4
pa，工作气氛为ar气，工作气压为1pa，衬底温度为25℃，溅射功率为100w，溅射时间为35min，制备获得用于电晕检测的ga2o3薄膜基日盲紫外探测器；
33.图1和图2展示了扫描电子显微镜下ga2o3薄膜的微观结构，在图1中可以看到上半部分是较粗的聚酰亚胺纸的纤维形貌，下半部分是激光诱导石墨烯的碎块形貌，在图2中可以看到在薄膜上生长的团状氧化镓形貌；
34.图3给出了在8v偏压及光强为1.3mw/cm2的254nm光照下通过不断灯开灯关测得的ga2o3薄膜基日盲紫外探测器的i-t曲线，重复了多个i-t循环(图2中展现了6个循环)后，该器件表现出很好的重复性，黑暗情况下，该探测器的电流为2
×
10-11
a，而在1.3mw/cm2的
254nm光照下，电流迅速上升至5
×
10-9
a，光暗比为2.5
×
102，具有2个数量级之差；
35.基于以上ga2o3薄膜的日盲紫外探测器可应用于电晕检测。
36.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明技术方案进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。