1. 文献综述（或调研报告）：

1.研究背景及意义

在信息技术革命以后，人类进入信息时代，人类的生活越来越多地依赖对各种各样的电子信息设备。随着微电子技术的迅猛发展，电子器件集成度越来越高，但同时其电磁敏感度也随之提高，抗过电压和过电流的能力随之下降，由此造成的器件损害和经济损失逐年上升，因此有必要努力提高微电子设备的抗电磁干扰能力。

在各种电磁脉冲危害中，静电放电（ESD）是一种常见的近场危害源。静电放电会造成极高的电位差和瞬时的强电流，并伴随着强烈的电磁辐射，其辐射频谱很宽（可以达到数个GHz），辐射电磁场峰值可以达到即使安培每米。其形成的电磁脉冲对微电子器件的危害非常大，它不仅会造成严重的干扰和损伤，而且由于静电损伤具有潜在性和积累性的特点，人们很难预测其可能存在的潜在性的风险，导致电子装备的工作可靠性降低。近年来，国内外报道的静电放电导致的卫星失控、火箭发射失败、飞机失事等各类事故十多起^[1]，每年造成的直接经济损失高达数十亿美元；随着我国的经济与技术发展，我国对电子设备抗静电放电能力的要求也要大大提高以和国际的检测标准接轨。为此，我们就需要对静电放电过程进行研究和分析。

目前的IEC-61000-4-2^[2]标准规定了ESD模拟的两种放电方式：接触式放电和空气放电。接触式放电具有较高的试验重复性和可再生性，是IEC标准的主要试验方法。虽然标准中保留了空气放电试验方法，但它只给出了针对接触式放电的校准电流波形，没有针对空气放电的校准电流波形。^[3]

由于空气放电的放电机理复杂，放电电流波形受到很多因素的影响。除了温度、湿度、压强等环境因素以外，放电电极接近待测设备的速度^[4]、放电电压大小都会对空气放电的电流造成影响。在几乎相同的实验条件下，对于同一种带电体，即使在相同放电电压下进行静电放电，可能得到差别很大的放电电流。这种差别主要是由电弧长度的差别造成，其长度受到电压、接近速度等参数的影响很大，通常的实验很难控制变量得到理想的结果。空气放电的可重复性较差^[5]，而且进行空气放电的设备比较昂贵，试验研究需要花费大量的时间精力，耗资巨大。除此之外，目前缺乏有效的关于大气压下空气放电等离子体诊断手段，这使得空气放电的物理过程和与产生机理尚不清楚。为了满足工程需要，国内外对于空气放电特性进行了大量研究，得到了注入电晕起始场强、合成电场、电晕损耗的许多半物理、半经验公式，也展开了温度、湿度和海拔等对空气放电影响的规律研究，取得了一些研究成果。但对关键的空气放电基础理论研究甚少，缺少对工程实际问题的有效指导，推进和完善气体放电机理的基础理论知识空气放电研究者努力的目标。

理论研究与数值模拟不仅能够节约成本，还能更好地理解空气放电的微观机理、优化放电过程，对实际应用有重要的指导意义。因此，数值模拟已经广泛应用到空气放电的研究中。目前关于空气放电的模型主要有：流体动力学模型、玻尔兹曼方程求解模型、蒙卡罗特模型和粒子模型。近年来，随着高性能计算机和数值算法的发展，众多科研工作者越来越关注混合数值模型的应用。混合数值模型通常可以利用两种模型的优势全面描述气体放电过程，不仅能够描述气体放电的宏观过程，而且能够对各种微观粒子的产生、扩散、迁移以及消失等微观问题进行深入研究。

本课题的研究不仅节约大量试验成本，而且能够提高对空气放电微观物理过程的认识，为各种电子电力设备外缘设计提供理论依据。这对提高电子设备的可靠性和经济性，对通信电子以及电力设备运行的安全性具有重要意义与学术价值。

2、空气放电理论基础

强电场作用下，电子由空气分子脱离形成电力空气，如果电离空气具有传导电流，则这种现象称为空气放电。空气放电形式多种多样，如电晕、辉光放电、电弧、电火花、闪电等。现实生活中会遇到很多空气放电等离子体现象，其内容非常丰富，应用也十分广泛。在空气放电过程中，一般存在以下几种离子：电子、正离子、负离子、原子（分子）、原子（分子）团簇和光子等大量带电粒子以及活性中性粒子，在宏观上呈电中性。在空气放电等离子体中，绝大多数中性粒子和离子近似为环境温度，而电子具有较高能量，从而为低温下等离子体发生化学反应提供了条件。

目前，空气放电等离子体在国民经济中具有非常广泛的应用。例如：利用空气放电等离子体可以检测环境以及食品中的痕量重金属^[6]，使用低温等离子体中包含有大量的活性粒子净化空气，包括分解有机污染物、杀灭细菌、脱除空气中悬浮固体颗粒物等^[7]，使用低温等离子体降解挥发有机物等等^[8]。总之，空气放电在微电子、材料制备、环保、航空航天和军事等领域作用越来越重要，其理论迫切需要完善。21世纪的今天，更需要对空气放电进行进一步的研究和深入理解。