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什么是電擊穿？

日期：2020-08-14瀏覽：2731次

　　固體介質(zhì)的電擊穿理論是在氣體放電的碰撞電離理論基礎(chǔ)上建立的。在20世紀(jì)30年代，希伯爾(Hppel)和弗羅利赫(Frolich)等人，在固體物理學(xué)基礎(chǔ)上用量子力學(xué)為工具，逐步發(fā)展建立了固體介質(zhì)電擊穿的碰撞電離理論，其主要內(nèi)容為：在強(qiáng)電場(chǎng)下固體導(dǎo)帶中可能因冷發(fā)射或熱發(fā)射而存在一些電子，這些電子一面在外電場(chǎng)作用下被加速獲得動(dòng)能，一面與晶格振動(dòng)相互作用而加劇晶格振動(dòng)，把電場(chǎng)的能量傳遞給晶格，當(dāng)這兩方面在一定溫度和場(chǎng)強(qiáng)下平衡時(shí)，固體介質(zhì)有穩(wěn)定的電導(dǎo)，但當(dāng)電子從電場(chǎng)中得到的能量大于損失給晶格振動(dòng)的能量時(shí)，電子的動(dòng)能就越來越大，直至電子與晶格的相互作用增強(qiáng)到能電離產(chǎn)生新電子，自由電子數(shù)迅速增加，電導(dǎo)不斷增大，導(dǎo)致電擊穿開始發(fā)生。

　　按擊穿發(fā)生的判定條件不同，電擊穿理論可分為：“本征電擊穿理論”(以碰撞電離開始作為擊穿判據(jù))和“雪崩電擊穿理論”(以碰撞電離產(chǎn)生的電子數(shù)倍增到一定數(shù)值而足以破壞介質(zhì)絕緣狀態(tài)作為擊穿判據(jù))。

　　本征電擊穿理論認(rèn)為：電子從電場(chǎng)中獲得能量的速率與電場(chǎng)強(qiáng)度E和電子能量E0有關(guān)，可表示為A(E，E0)；而電子損失給晶格能量的速率與晶格溫度T和電子能量E0有關(guān)，可表示為B(T，E0)，電子獲得和失去能量的速率相等時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)

　　A(E , E0)=B(T , Eo) (4.2-77)

　　當(dāng)電場(chǎng)上升到使平衡破壞時(shí)，碰撞電離過程便立即發(fā)生，所以使式(4.2-77)成立的大場(chǎng)強(qiáng)就是碰撞電離開始發(fā)生的起始場(chǎng)強(qiáng)，把這一場(chǎng)強(qiáng)作為介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)的理論即為本征電擊穿理論。

雪崩電擊穿理論有兩類：一類是福蘭茲(Frantz)提出的以隧道電流在強(qiáng)電場(chǎng)下增長(zhǎng)導(dǎo)致介質(zhì)溫升達(dá)到一定溫度作為介質(zhì)隧道擊穿的判據(jù)，而在工程實(shí)際中常以電流隨電壓的相對(duì)變化率

達(dá)到一定數(shù)值作為經(jīng)驗(yàn)擊穿判據(jù)；另一類是賽茲(Seitz)提出的以電子崩傳遞給介質(zhì)的能量足以破壞介質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)作為擊穿判據(jù)。其計(jì)算結(jié)果表明：由陰極出發(fā)的初始此電子在向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)過程中，1cm內(nèi)的電離次數(shù)達(dá)到40次而產(chǎn)生1012個(gè)新電子時(shí)，介質(zhì)便開始發(fā)生擊穿，這也稱為“四十代理論”。由“四十代理論”可以推斷，當(dāng)介質(zhì)狠薄時(shí)，碰撞電離不足以發(fā)展到四十代，電子崩已進(jìn)人陽(yáng)極復(fù)合，此時(shí)介質(zhì)不能擊穿，即這時(shí)的介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)將要提高。這就定性地解釋了薄層比厚層介質(zhì)具較高擊穿場(chǎng)強(qiáng)的原因。

　　本征電擊穿和“雪崩”電擊穿一般很難區(qū)分，但理論上，它們的關(guān)系是明顯的：本征電擊穿理論中增加導(dǎo)電電子是繼穩(wěn)態(tài)破壞后突然發(fā)生的，而“雪崩”電擊穿是考慮到高場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)電電子倍增過程逐漸達(dá)到難以忍受的程度，終介質(zhì)晶格破壞。

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