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什么是電擊穿？
日期：2020-08-14瀏覽：2815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(lái)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(lèi)：一類(lèi)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
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(guò)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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