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擊穿場強機理
閱讀：2266發布時間：2023-4-10
擊穿場強也是表征電介質材料儲能能力的一個重要參數。實用的電介質材料都不是理想的絕緣體材料，材料內部會存在少量的載流子，在電場作用下形成微弱電流，電場強度比較弱時，電介質材料內的電流隨電壓的升高而加大，并與電壓呈線性關系，電場強度增強時，電流就會偏離歐姆定律，隨電壓的增加呈現冪函數或者指數上升趨勢，當電壓升高到一定程度，電流陡然增加，此時電介質材料就會從絕緣體變成導體，這種現象稱為電介質材料的擊穿，如果電介質材料厚度為d，擊穿臨界電壓為Ub，并且假設擊穿前瞬間電介質材料體內電場均勻，則稱：
為電介質材料的擊穿場強。
根據產生擊穿的機理，通常可以將介電擊穿分為電子擊穿、電離擊穿、熱擊穿等幾種類型，實際擊穿可以是某種類型占主要，也可以是幾種原因的疊加。
1)電子擊穿是在高電場作用下，介質材料中的少量自由電子沿著電場的方向運動，當它們獲得足夠的能量后與其他分子碰撞，激發出新的自由電子，這些新生的電子又從電場獲得能量，并繼續發生類似碰撞激發出更多的自由電子，這一過程反復進行，產生大量作為載流子的自由電子以致電流急劇上升，最終導致擊穿發生。
2)電離擊穿是由于介質材料中少量低電離勢雜質發生電離引起的。因為電場強度達到其電離勢以上時發生電離產生的大量自由電子只見參加導電，導致材料擊穿發生。電離擊穿主要是氣體電離放電引起的。
電子擊穿和電離擊穿統稱為電擊穿，電擊穿理論按判定條件不同可分為兩大類，一是碰撞電離理論，也叫本征電擊穿理論，以碰撞電離開始作為擊穿判據;一是雪崩擊穿理論，該理論以電離開始后，電子數倍增到一定數值，足以使電介質材料由絕緣體變為導體為擊穿判據。
3)在電場作用下，電介質材料內部由于介電損耗而產生的一定的熱量，當熱量的產生速度超過熱量的散失速度時，就會在電介質材料內部形成熱量的積累，使材料的溫度上升，溫度上升會引起電介質材料的電導率呈指數形式急劇增大，而電導損耗又會產生更多的熱量促使溫度進一步上升，這樣惡性循環的結果，則導致電介質材料的抗擊穿能力大大下降。
擊穿發生的原因除了上述幾種外，還有電機械引起的擊穿以及次級效應擊穿。
電介質材料的擊穿過程的進展按先后順序可分為3個階段，即潛伏期，樹枝化的擴展，崩潰性擊穿，具體見圖1-2。注入空間電荷的積累階段，沒有明顯的電樹枝生長現象，該階段為潛伏期，潛伏期探測不到局部放電現象，但是可以觀測到老化過程的電致發光現象;空間電荷積累到一定程度，會在材料中不斷的入陷和脫陷，此時擊穿進入樹枝化擴展階段，也有學者認為，擊穿過程中微小空洞形成時，熱電子撞擊引起的自由基與氧的鏈式反應[l3]是樹枝化擴展發生的原因。
圖1一材料擊穿的三個階段
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