電擊穿

電擊穿是指固體介質在強電場的作用下，內部少量可自由移動的載流子劇烈運動，與晶格上的原子發生碰撞使之游離，並迅速擴展而導致擊穿。特點是：電壓作用時間短，擊穿電壓高，與電場均勻度密切相關，但與環境溫度及電壓作用時間幾乎無關。

基本介紹

• 中文名：電擊穿
• 外文名：electric breakdown
• 特點：電壓作用時間短
• 過程：載流子與晶格上的原子發生碰撞
• 機理：本徵電擊穿機制
• 影響：電壓的高低

簡介

固體電介質的純粹電破壞過程稱為電擊穿。電擊穿是因為固體電介質中的自由電子在強電場中作加速運動，累積較大的動能，這些動能足以破壞介質的分子結構，發生碰撞游離的連鎖反應時，會在電介質中產生貫穿的導電通道，而使固體介質喪失絕緣性能，導致電擊穿。

電擊穿的特點是：電壓作用時間短，擊穿場強與電場均勻程度有密切關係，與周圍環境溫度幾乎無關。

固體電介質擊穿形式

固體電介質的擊穿過程及其擊穿電壓的大小不但取決於電介質的性能，而且還與電場分布、周同溫度、散熱條件、周同介質的性質有關、加壓速度和電壓作用的持續性等有關。固體電介質根據其擊穿發展的過程小同，可分為電擊穿、熱擊穿和電化學擊穿二種形式。發生哪種擊穿形式，取決於介質的性能和工作條件。

電擊穿機制

在強電場下，固體導帶中可能因冷發射或熱發射存在一些電子。這些電子一方面在外電場作用下被加速，獲得動能；另一方面與晶格振動相互作用，把電場能量傳遞給晶格。當兩個過程在一定的溫度和場強下平衡，固體介質有穩定的電導：當電子從電場中得到的能量大於傳遞給品格振動的能量時，電子的動能就越來越大，至電子能量大到一定值時，電子與晶格振動的相互作用導致電離產生新電子，使自由電子數迅速增加，電導進入不穩定階段，擊穿發生。

本徵電擊穿機制

實驗上，本徵電擊穿表現的擊穿主要是由所加電場決定的，在所使用的電場條件下，使電子溫度達到擊穿的臨界水平。觀察發現，本徵擊穿發生在室溫或室溫以下。發生的時間間隔很短，在微秒或微秒以下。本徵擊穿所以稱之為“本徵”，是因為這種擊穿機制與樣品或電極幾何形狀無關，或者與所加電場的波形無關。因此在給定溫度下，產生本徵擊穿的電場值僅與材料有關。

這種擊穿與介質中的自由電子有關。介質中自由電子的來源為雜質或缺陷能級、價帶。

雪崩式電擊穿機制

熱擊穿機制對於許多陶瓷材料是適用的。如果材料尺寸可看成是薄膜時，則雪崩式擊穿機制更為有效。

雪崩式電擊穿機制是把本徵電擊穿機制和熱擊穿機制結合起來。因為當電子的分布不穩定時，必然產生熱的結果。因此，這種理論是用本徵電擊穿理論描述電子行為，而擊穿的判據採用的是熱擊穿性質。

雪崩式理論認為：電荷是逐漸或者相繼積聚，而不是電導率的突然改變，儘管電荷集聚在很短時間內發生。

雪崩式電擊穿最初的機制是場發射或離子碰撞。場發射假設由隧道效應來自價帶的電子進入缺陷能級或進入導帶，導致傳導電子密度增加。

局部放電擊穿

局部放電就是在電場作用下，在電介質局部區域中所發生的放電現象，這种放電沒有電極之間形成貫穿的通道，整個試樣並沒有被擊穿。例如氣體的電暈放電、液體中的氣泡放電都是局部放電。對於固體電介質來說，電極與介質之間常常存在著一層環境媒質：氣隙或油膜。就固體電介質本身來說，實際上也是不均勻的，往往存在著氣泡、液珠或其他雜質和不均勻的組分等。例如陶瓷就是一種多孔性的不均勻材料。由於氣體和液體介電常數較小，因此承受的電場強度較高。同時氣體和液體的擊穿電場強度又比較低，於是當外施電壓達到一定數值時，在這薄弱的區域，就發生局部放電。

局部放電是脈衝性的，其過程與電暈放電相同。放電結果產生大量的正、負離子，形成空間電荷，建立反電場，使氣隙中的總電場強度下降，放電熄滅。這樣的放電持續時間很短，為10^-8～10^-9s。在直流電壓作用時，放電熄滅後直到空間電荷通過表面泄漏，使反電場削弱到一定程度，才能開始第二次放電。因此在直流電壓作用下，放電次數甚少。在交流電壓作用時，情況就有所不同。由於電壓的大小與方向是變動的，放電將反覆出現，以上表明局部放電是脈衝性的。

工程介質，從材料本身來說，其本徵擊穿電場強度一般較高，但由於介質的不均勻性和各種影響，實際擊穿強度往往並不很高，有時甚至要降低一、二個數量級，其中重要原因之一就是局部放電。

影響絕緣電擊穿因素

(1)電壓的高低。電壓越高越容易擊穿。

(2)電壓作用時間的長短。時間越長越容易擊穿。

(3)電壓作用的次數。次數越多電擊穿越容易發生。

(4)絕緣體存在內部缺陷，絕緣體強度降低。

(5)絕緣體內部場強過高。

(6)與絕緣的溫度有關。