7.3介电强度
7.3 介电强度
7.3.1介质在电场中的破坏 介质的特性，如绝缘、介电能力，都是指在一定的电场强度范围内的材料的 特性，即介质只能在一定的电场强度以内保持这些性质。当电场强度超过某 一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破坏， 或叫介质的击穿。 介质的击穿：外加电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态 的现象称为击穿。 介电强度：相应的临界电场强度。 击穿 分为热击穿和电击穿
7.3.1 介质在电场中的破坏 介质的击穿：外加电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态 的现象称为击穿。 介电强度：相应的临界电场强度。 击穿 分为热击穿和电击穿 介质的特性，如绝缘、介电能力，都是指在一定的电场强度范围内的材料的 特性，即介质只能在一定的电场强度以内保持这些性质。当电场强度超过某 一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破坏， 或叫介质的击穿
7.3.2热击穿 热击穿的本质：处于电场中的介质，由于介质损耗而受热；当外加电压足够高 时，散热和发热从平衡状态转入非平衡状态，介质的温度将越来越高，直至出 现永久性破坏。 临界条件： Q1(EC.TC)=Q2(Tc) 为了简化，取两种极端情况： (1)稳态热击穿 电压长期作用，介质内温度变化极慢 (2)脉冲热击穿一一 电压作用时间很短，散热来不及进行
7.3.2 热击穿 热击穿的本质：处于电场中的介质，由于介质损耗而受热；当外加电压足够高 时，散热和发热从平衡状态转入非平衡状态，介质的温度将越来越高，直至出 现永久性破坏。 临界条件: 为了简化，取两种极端情况: (1)稳态热击穿——电压长期作用，介质内温度变化极慢 (2)脉冲热击穿——电压作用时间很短，散热来不及进行
只讨论稳态热击穿： dT d2T CvX -kx dt dx2 =σE2 温升 散热 发热 将J=σE代入上式化简，得： dTdT =0 du dx k·Jax 可求出热击穿电压U。(临界电压)
只讨论稳态热击穿: 温升 散热 发热 将J = σE²代入上式化简，得： 可求出热击穿电压Uc（临界电压）
1.温度不均匀的厚膜介质 8KTo2k 2 W Uoc≈ e2kT OoW 临界击穿电压可近似为： B U0c≈Ae2 >热击穿电压随环境温度升高而降低； >热击穿电压与介质厚度无关，因此介质厚度增大时，热击穿强度降低
1. 温度不均匀的厚膜介质 临界击穿电压可近似为: ➢ 热击穿电压随环境温度升高而降低； ➢ 热击穿电压与介质厚度无关，因此介质厚度增大时，热击穿强度降低
2.温度均匀的薄膜介质 dr 1/2 Uc- (:热传导系数：：为系数品) 随试样的厚度的平方根变化
2. 温度均匀的薄膜介质
7.3.3电击穿 固体介质电击穿实际上是碰撞电离理论： 在强电场作用下，固体导带中可能因冷发射或热发射存在一些电子，这些电 子被加速，获得动能； 高速电子与晶格振动相互作用，把能量传递给晶格； 上述两个过程在一定温度和场强下平衡时，固体介质有稳定的电导； 当电子从电场中获得能量大于传递给晶格振动能量时，电子动能越来越大； 大到一定值，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使电子数目迅速 增加，电导进入不稳定状态，发生击穿
7.3.3 电击穿 固体介质电击穿实际上是碰撞电离理论： 在强电场作用下，固体导带中可能因冷发射或热发射存在一些电子，这些电 子被加速，获得动能； 高速电子与晶格振动相互作用，把能量传递给晶格； 上述两个过程在一定温度和场强下平衡时，固体介质有稳定的电导； 当电子从电场中获得能量大于传递给晶格振动能量时，电子动能越来越大； 大到一定值，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使电子数目迅速 增加，电导进入不稳定状态，发生击穿
电击穿理论分为本征电击穿和“雪崩”电击穿理论。 1.本征电击穿理论 e2E2 电子从电场中获得能量： A= m* 用AE,W表示。 与晶格波相互作用时单位时间能量的损失用B=BT) 表示，平衡时： AE,W=B=B(To川 当电场上升到使平衡破坏时，碰撞电离过程立即发生
电击穿理论分为本征电击穿和“雪崩”电击穿理论。 1.本征电击穿理论 电子从电场中获得能量： 用A(E,u)表示。 与晶格波相互作用时单位时间能量的损失用 B=B(T0 ,u) 表示，平衡时: A(E,u) = B=B(T0 ,u) 当电场上升到使平衡破坏时，碰撞电离过程立即发生
2.“雪崩”电击穿理论 材料掺杂浓度较低时，随着电压增加，空间电荷区中的电场增强。这样通 过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作用下，获得更大能量。在晶体中 运行的电子和空穴将不断地与晶体原子发生碰撞，通过这样的碰撞可使束缚 在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子-空穴对。 新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子，又产生新的自由电子和空 穴对。如此连锁反应，使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加，流过晶体 的电流就急剧增大，撞击晶格而破坏，这种碰撞电离导致的击穿被称为“雪崩” 击穿，也称为电子雪崩现象
2.“雪崩”电击穿理论 材料掺杂浓度较低时，随着电压增加，空间电荷区中的电场增强。这样通 过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作用下，获得更大能量。在晶体中 运行的电子和空穴将不断地与晶体原子发生碰撞，通过这样的碰撞可使束缚 在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子-空穴对。 新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子，又产生新的自由电子和空 穴对。如此连锁反应，使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加，流过晶体 的电流就急剧增大，撞击晶格而破坏，这种碰撞电离导致的击穿被称为“雪崩” 击穿，也称为电子雪崩现象
7.4铁电性
7.4 铁电性