本发明专利技术公开了一种SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元，由下向上依次包括Si基底、SiO2绝缘层、N型重掺杂多晶硅桥、金属焊盘、Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜，Si基底的上表面有SiO2绝缘层，SiO2绝缘层上表面沉积生长一层N型重掺杂多晶硅层，N型重掺杂多晶硅层的中间部分刻蚀形成N型重掺杂多晶硅桥，N型重掺杂多晶硅桥两侧的N型重掺杂多晶硅层上表面均设置金属焊盘，N型重掺杂多晶硅桥的桥区上方覆盖Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜，所述Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜的底层为MxOy薄膜，MxOy薄膜和Al薄膜由下至上交替分布，且MxOy薄膜和Al薄膜的厚度均为纳米级。本发明专利技术提高了电爆换能元的安全性和点火能力，电爆换能元的MEMS制作工艺提高了与火工品其他部件的集成度。
【技术实现步骤摘要】
SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元
本专利技术涉及电火工品的基础部件
，特别是一种SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元。
技术介绍
电火工品是含能材料燃烧与爆炸常用的初始能源之一，在武器装备和国民经济领域有着广泛的应用，如矿山爆破，安全保护气囊，微小型卫星推进系统，火箭发动机点火系统，战斗部的传火与传爆序列，导弹的弹道修正和安全保险装置等。桥丝式电火工品是使用的最广泛的电火工品。它是靠电流通过有一定电阻的微细金属桥丝，电能按焦耳-楞次定律Q＝0.24I2Rt产生热量，使桥丝升温达到灼热状态，加热桥丝周围的炸药使其爆炸。桥丝式电火工品的桥丝材料通常为镍铬、康铜或铂铱等，当电流通入桥丝后，在桥丝上电能转换成热能，能量的转换效率较低。桥丝式电火工品通常是用焊锡将桥丝直接焊接在两个脚线上，防射频的效果不好，容易受到外界电磁波的影响出现意外发火。同时由于受加工方法的限制，桥丝式电火工品的集成度不好，很难实现与火工品其它部件的集成化生产。半导体桥(SemiconductorBridge，简称SCB)火工品是指利用半导体薄膜或金属-半导体复合薄膜作发火组件的一类电火工品。SCB的作用机理是等离子体的微对流作用，当向SCB通脉冲电流时，桥膜材料因焦耳热迅速汽化，在电场的作用下形成弱等离子体放电，等离子体迅速扩散到与其相邻的烟火剂或高能炸药中，向烟火剂或高能炸药进行极迅速的热量传递，使其受热达到着火温度而发火。SCB具有一定的防射频特性，但电热转换率较低，制作工艺复杂，生产成本较高，并且在装药时经常和药剂间留有缝隙，发火可靠性有待进一步提高。薄膜电桥是把金属通过物理或化学方法制作在基片上的一种膜式换能元，它的工作原理是，在桥体通电后，桥体经过电加热发生爆炸，产生等离子体点燃药剂。薄膜电桥可以用MEMS工艺加工制作，容易实现与火工品其它部件的集成化生产，但与桥丝式电火工品和SCB相似，它仅依靠电能加热桥膜，能量转换率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种安全性高、点火能力强的SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元，由下向上依次包括Si基底、SiO2绝缘层、N型重掺杂多晶硅桥、金属焊盘、Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜，所述Si基底的上表面有SiO2绝缘层，SiO2绝缘层上表面沉积生长一层N型重掺杂多晶硅层，N型重掺杂多晶硅层的中间部分刻蚀形成N型重掺杂多晶硅桥，N型重掺杂多晶硅桥两侧的N型重掺杂多晶硅层上表面均设置金属焊盘，N型重掺杂多晶硅桥的桥区上方覆盖Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜，所述Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜的底层为MxOy薄膜，MxOy薄膜和Al薄膜由下至上交替分布，且MxOy薄膜和Al薄膜的厚度均为纳米级。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)使用SCB作为初级换能元提高了电爆换能元的安全性，可耐受1A1W5min不发火；(2)调制周期在100nm的纳米复合薄膜具有放热量高、反应速率快等特点，可提高换能元的点火能力；(3)电爆换能元的MEMS制作工艺提高了与火工品其他部件的集成度。附图说明图1是SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元的结构图，其中(a)是俯视图，(b)是主视图。图2是刻蚀出预定形状的半导体桥结构图，其中(a)是俯视图，(b)是主视图。图3是带有金焊盘的SCB图，其中(a)是俯视图，(b)是主视图。图4是自动控制磁控溅射镀膜仪示意图。图5是封装于陶瓷塞的电爆换能元结构图，其中(a)是俯视图，(b)是主视图。图6是微型点火阵列示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元的基本结构如图1所示，由下向上依次包括Si基底1、SiO2绝缘层2、N型重掺杂多晶硅桥3、金属焊盘4、Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜5，所述Si基底1的上表面有SiO2绝缘层2，SiO2绝缘层2上表面沉积生长一层N型重掺杂多晶硅层，N型重掺杂多晶硅层的中间部分刻蚀形成N型重掺杂多晶硅桥3，N型重掺杂多晶硅桥3两侧的N型重掺杂多晶硅层上表面均设置金属焊盘4，N型重掺杂多晶硅桥3的桥区上方覆盖Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜5，所述Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜5的底层为MxOy薄膜，MxOy薄膜和Al薄膜由下至上交替分布，且MxOy薄膜和Al薄膜的厚度均为纳米级。优选地，所述N型重掺杂多晶硅桥3桥区的形状为正方形、长方形或V字形。优选地，所述金属焊盘4的材料为Au、Al、Pt、Ti或Cu。优选地，所述Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜5中Al/MxOy为Al/CuO、Al/MoO3或Al/Fe2O3。所述Al/CuO纳米复合薄膜的调制周期是80nm，其中Al薄膜的厚度是26nm，CuO薄膜的厚度是54nm；Al/MoO3纳米复合薄膜的调制周期是75nm，其中Al薄膜的厚度是30nm，MoO3薄膜的厚度是45nm；Al/Fe2O3纳米复合薄膜的调制周期是75nm，其中Al薄膜的厚度是30nm，Fe2O3薄膜的厚度是45nm。本
技术实现思路
主要包括以下三个方面：1.使用SCB作为初级换能元提高了换能元的可靠性。SCB使用微电子技术制造，用半导体桥膜做发火元件，它具有发火能量低、作用时间短等优越性能，是现代火工品的典型代表。焊盘和半导体桥膜与底层硅基底接触紧密，如图1。硅具有良好的散热性，且硅基底体积较发火层体积大很多，当有外界能量持续注入到换能元区时，产生的热量可及时通过底层硅基底导走，防止桥区因热积累而意外发火，提高了换能元的安全性。将换能元封装于陶瓷塞，可通过1A1W5min不发火的钝感实验。2.调制周期在100nm的纳米复合薄膜具有放热量高、反应速率快等特点，可提高换能元的点火能力。先在SCB表面使用磁控溅射工艺溅射一层厚度在100nm以下的MxOy薄膜作为绝缘层，防止复合薄膜对SCB发火产生影响，之后交替溅射Al和MxOy纳米含能复合薄膜。Al和MxOy纳米含能复合薄膜在加热时能激烈地发生氧化还原反应，并放出大量的热，Al和CuO的理论放热量是4067J/g，Al和MoO3的理论放热量是4703J/g，Al和Fe2O3的理论放热量是3956J/g。本专利技术利用程序自动控制磁控溅射仪制备出了Al/MxOy纳米含能复合薄膜，并通过DSC实验测定了调制周期接近理论化学计量比时的放热量。Al/CuO纳米复合薄膜的调制周期是80nm，其中Al薄膜的厚度是26nm，CuO薄膜的厚度是54nm，放热量是2181J/g；Al/MoO3纳米复合薄膜的调制周期是75nm，其中Al薄膜的厚度是30nm，MoO3薄膜的厚度是45nm，放热量是3198J/g；Al/Fe2O3纳米复合薄膜的调制周期是75nm，其中Al薄膜的厚度是30nm，Fe2O3薄膜的厚度是45nm，放热量是1680J/g。换能元通电时，瞬间大电流通过SCB产生焦耳热，使多晶硅桥区融化并电离产生高温等离子体，当达到一定温度时，点燃覆盖于SCB之上的Al/MxOy纳米含能复合薄膜，纳米复合薄膜发生剧烈的氧化还原反应，释放出反应热。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元，其特征在于，由下向上依次包括Si基底(1)、SiO2绝缘层(2)、N型重掺杂多晶硅桥(3)、金属焊盘(4)、Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜(5)，所述Si基底(1)的上表面有SiO2绝缘层(2)，SiO2绝缘层(2)上表面沉积生长一层N型重掺杂多晶硅层，N型重掺杂多晶硅层的中间部分刻蚀形成N型重掺杂多晶硅桥(3)，N型重掺杂多晶硅桥(3)两侧的N型重掺杂多晶硅层上表面均设置金属焊盘(4)，N型重掺杂多晶硅桥(3)的桥区上方覆盖Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜(5)，所述Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜(5)的底层为MxOy薄膜，MxOy薄膜和Al薄膜由下至上交替分布，且MxOy薄膜和Al薄膜的厚度均为纳米级。
【技术特征摘要】
1.一种SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元，其特征在于，由下向上依次包括Si基底(1)、SiO2绝缘层(2)、N型重掺杂多晶硅桥(3)、金属焊盘(4)、Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜(5)，所述Si基底(1)的上表面有SiO2绝缘层(2)，SiO2绝缘层(2)上表面沉积生长一层N型重掺杂多晶硅层，N型重掺杂多晶硅层的中间部分刻蚀形成N型重掺杂多晶硅桥(3)，N型重掺杂多晶硅桥(3)两侧的N型重掺杂多晶硅层上表面均设置金属焊盘(4)，N型重掺杂多晶硅桥(3)的桥区上方覆盖Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜(5)，所述Al/MxOy氧化物纳米复合薄膜(5)的底层为MxOy薄膜，MxOy薄膜和Al薄膜由下至上交替分布，且MxOy薄膜和Al薄膜的厚度均为纳米级。2.根据权利要求1所述的SCB集成Al/MxOy纳米含能复合薄膜的电爆换能元，其特征在于，所述N型重掺杂多晶硅桥(3)...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈瑞琪，刘增军，朱朋，叶迎华，吴立志，胡艳，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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