第四章 介质击穿.pdf

电介质物理 电介质物理 李 波 李 波 电子科技大学 微电子与固体电子学院 第四章 电介质的击穿 本章介绍电介质在强电场下的击穿机理。击穿形 式可分为电击穿、热击穿和放电击穿，它与物质 的聚集状态相关。 4.1 概述 4.2 气体介质的击穿 4.2 液体介质的击穿 4.3 固体介质的击穿 2 §4.1 概述 • 介质击穿 在低电压区满足： I dI 常数 dU 当U Ub 时， dI →∞ ⇒ 击穿 dU Ub O U → 电介质：绝缘体 导体 U b U 为击穿电压（击穿电场E =U /d ，d为介质厚度） b b b 3 §4.1 概述 • 击穿的分类 本征击穿（Intrinsic Breakdown）：电击穿 非本征击穿：热击穿（Thermal Breakdown ） 放电击穿（Discharge Breakdown） • 介质击穿两种情况 发生永久性变化（或叫不可逆变化）：如固体介质击穿。 发生可恢复性变化：介质在电场的作用下被击穿，把外电 场撤除后，介质又恢复其绝缘性能，如气体。 “ 自愈现象” （Self-Healing ），如金属化纸介电容器。 4 §4.2 气体介质的击穿 • 常见的放电形式 火花放电 瞬时，间断产生常压附近 辉光放电 出现均匀的明暗相间的辉光区 电晕放电 电极的曲率小，电场不均匀，在电场尖端出现暗蓝色微光 电弧放电 功率大，连续弧光，温度极高 j ( A / m 2 ) I II III j S E ( V / m ) E 1 E i E b 5 §4.2 气体介质的击穿 • 气体放电的碰撞电离理论 （1）电子碰撞电离是气体放电时电流倍增的过程 （2）要维持自持放电必须从阴极发射电子 表面电离：电极表面原子中的价电子吸收能量，脱离原子束 缚，逸至电极表面； 体积电离：气体分子中电子获得足够的能量脱离分子，形成自 由电子和正离子，电子也可吸附在其他分子上形成负离子。