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)上建立的醒悟。在20世紀(jì)30年代,希伯爾(Hppel)和弗羅利赫(Frolich)等人生產體系,在固體物理學(xué)基礎(chǔ)上用量子力學(xué)為工具新模式,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)射而存在一些電子高質量,這些電子一面在外電場作用下被加速獲得動能應用情況,一面與晶格振動相互作用而加劇晶格振動,把電場的能量傳遞給晶格,當(dāng)這兩方面在一定溫度和場強(qiáng)下平衡時也逐步提升,固體介質(zhì)有穩(wěn)定的電導(dǎo)保護好,但當(dāng)電子從電場中得到的能量大于損失給晶格振動的能量時,電子的動能就越來越大組織了,直至電子與晶格的相互作用增強(qiáng)到能電離產(chǎn)生新電子充足,自由電子數(shù)迅速增加,電導(dǎo)不斷增大飛躍,導(dǎo)致電擊穿開始發(fā)生堅實基礎。
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))大數據。
本征電擊穿理論認(rèn)為:電子從電場中獲得能量的速率與電場強(qiáng)度E和電子能量E0有關(guān)前景,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)長效機製,可表示為B(T,E0)重要部署,電子獲得和失去能量的速率相等時達(dá)到平衡狀態(tài)等地,此時
A(E , E0)=B(T , Eo) (4.2-77)
當(dāng)電場上升到使平衡破壞時,碰撞電離過程便立即發(fā)生高效化,所以使式(4.2-77)成立的大場強(qiáng)就是碰撞電離開始發(fā)生的起始場強(qiáng)大大提高,把這一場強(qiáng)作為介質(zhì)擊穿場強(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)電場下增長導(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)完成的事情,而在工程實際中常以電流隨電壓的相對變化率達(dá)到一定數(shù)值作為經(jīng)驗擊穿判據(jù)調整推進;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)。其計算結(jié)果表明:由陰極出發(fā)的初始此電子在向陽極運動過程中研究成果,1cm內(nèi)的電離次數(shù)達(dá)到40次而產(chǎn)生1012個新電子時發展契機,介質(zhì)便開始發(fā)生擊穿,這也稱為“四十代理論”機製性梗阻。由“四十代理論”可以推斷齊全,當(dāng)介質(zhì)狠薄時,碰撞電離不足以發(fā)展到四十代改造層面,電子崩已進(jìn)人陽極復(fù)合機製,此時介質(zhì)不能擊穿,即這時的介質(zhì)擊穿場強(qiáng)將要提高大面積。這就定性地解釋了薄層比厚層介質(zhì)具較高擊穿場強(qiáng)的原因發力。
本征電擊穿和“雪崩”電擊穿一般很難區(qū)分,但理論上集成應用,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)生的越來越重要的位置,而“雪崩”電擊穿是考慮到高場強(qiáng)時問題分析,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)晶格破壞解決方案。
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