《电介质物理》课件电介质的击穿.ppt

3.1本征电击穿 现象观测： 4. 电介质的热击穿 实验观察结果： 正电极附近形成分枝状通道 负电极附近形成直通道 放电脉冲宽度随电压增加而增大 气体介质的电击穿 3. 固体介质的电击穿 固体介质的电击穿 实验特征： ① 击穿场强较高 108?109V/m。空气 ?106V/m ② 在一定温度范围内，介质击穿场强随温度升高而增大（或变化不大）， 固体介质与气体介质的区别： ① 组成固体的原子（离子、分子）不像在气体中那样作任意的布朗运动，而只能在自己的平衡位置附近作微小的热振动。 ② 固体原子的彼此接近，使分立电子能级变成能带，当满带电子获得足够能量穿越禁带时，发生电离，故禁带能量（宽度）相当于电子的电离能。 固体介质的电击穿 固体介质电击穿理论是在气体放电的碰撞电离理论基础上建立起来。 与气体中电子和分子等的碰撞类似的过程是固体中电子与晶格波的相互作用。 按击穿发生的判定条件不同，电击穿理论可分为两类： ① 以碰撞电离开始为判据——本征电击穿 ② 以电离开始，电子数倍增到一定数值，足以破坏介质绝缘状态为判据——“雪崩”击穿 固体介质的电击穿 击穿时电子（q）单位时间从电场 EB 获得的能量： 则有： m* 为电子有效质量，? 为电子的平均自由行程时间（松弛时间） ① 温度升高、电子与晶格碰撞频繁，平均寿命愈短，晶体的击穿场强升高。 ② 杂质会引起晶体点阵发生畸变，使得电子与晶格的碰撞机会增多，使击穿场强增高。 ③ EB 一般与试样厚度无关，但当试样的厚度极薄，小于电子的平均自由程时，电子尚未充分加速就达电极，使介质击穿场强增高。 3.热电离 与气体热状态有关的电离过程称为热电离。 在室温时，分子平均动能很小，不会发生电离； 但是T↑，平均动能增大。 按气体分子平均动能按自由度均分原则，在气体 温度为T时，气体分子每个自由度的平均动能为 热电离产生条件 气体介质的击穿 总能量大于分子电离能 两个分子相互碰撞时的总能量 温度在上万度以上才可能发生热电离。 气体介质的击穿 Mission impossible！ 4.负离子的形成 一些电子亲和力较大的元素（如O、Cl、F等）， 不仅在生成化合物时易于形成负离子，而且当它 们以分子状态存在时，如果遇到电子，容易吸附 电子而形成负离子。 自由电子附着于电子亲和力较大的元素或这些元 素的化合物形成负离子的过程称为电子的附着。 电子附着过程种伴随着光辐射。这类容易形成负 离子的气体，称为负电性气体。 气体介质的击穿 气体成分有关 还与 p 及 E 有关 电子附着系数 一个电子在电场方向单位长度行程内可能附着于中性 分子的次数。 定义 影响 的因素 表示方法 气体介质的击穿 随着电场强度的增大 （即电子能量增大） 电子附着效应减弱； 、p及E实验规律图 随着气压的增大，由 于能量减小，电子附 着效应增大。 说明低能电子容易附着，高能电子不易附着。 气体介质的击穿 电子附着的作用 设 处有 个电子，走过距离 后，由于电离作用， 增加的电子数为： 由于附着效应而减少的电子数为： 从而，电子的净增加数应为： 由此可见,附着效应的存在，相当于电离系数减小了， 因此，附着效应是抑制电子数倍增的因素。 气体介质的击穿 一.强电场下气体中载流子的产生 强电场下气体载流子产生 碰撞电离 光电离 热电离 正离子撞击阴极 光电发射 原子的激励和电离 阴极的表面电离 气体介质的击穿 热电子发射和场致发射 负离子的形成 阴极的表面电离 由于气体放电中电流是连续的，必然存在阴极发射电子的 过程，称为阴极的表面电离。条件：电子能量大于金属的逸出功。 定义 气体介质的击穿 1、正离子撞击阴极 正离子向阴极移动，撞击阴极时将动能和位能传递给电子，使其逸出金属，引起表面电离。 一个正离子撞击阴极平均释放的自由电子数。必须从阴极释放一个以上的自由电子才能造出表面电离。由于?过程从阴极发射的电子称为二次电子。 与电极的逸出功有关，因而与电极材料及其表面状态有关。 ? ——表面电离系数 表面电离系数一般为10-2数量级，下表给出了几种气体的表面电离系数。 气 体 阴 极 材 料 0.02 － 0.015 0.1 0.065 0.06 0.035 0.025 0.02 0.1 0.05 0.06 0.12 0.06 0.06 Al Cu Fe He N2 空气 H2 Ar 气体介质的击穿 2、光电发射 光照后发射电子，为表面光电发射。 定义 条件 光子能量大于金属逸出功 对大多数金属，射线为紫外光范围 气体介质的击穿 光的来源： ① 由外来射线产生，短波射线才有电离气体能力。