影響擊穿電壓的因素介質(zhì)本征特性、微觀缺陷作用和外部條件

影響擊穿電壓的因素介質(zhì)本征特性、微觀缺陷作用和外部條件

（一）介質(zhì)本征特性

原子電離能級：當(dāng)外加電場提供的能量達(dá)到介質(zhì)原子最外層電子的勢阱深度時(shí)，將引發(fā)電子雪崩效應(yīng)。例如，SiO? 的最外層電子勢阱深度為 8.4 eV。

晶體結(jié)構(gòu)各向異性：某些材料的晶體結(jié)構(gòu)在不同方向上的擊穿場強(qiáng)存在差異。例如，六方氮化硼（h-BN）沿 c 軸的擊穿場強(qiáng)比平面方向低 12% - 15%，而立方氮化硼（c-BN）各向異性差異小于 3%。

能帶間隙寬度：寬禁帶半導(dǎo)體（如 GaN，禁帶寬度 > 3.4 eV）相較硅（禁帶寬度 1.12 eV）具有更高的本征擊穿場強(qiáng)，理論極限可提高 2.8 倍。

（二）微觀缺陷作用

孔隙度影響：當(dāng)陶瓷介質(zhì)孔隙率從 0.5% 增至 5% 時(shí)，擊穿電壓下降系數(shù)符合指數(shù)關(guān)系。具體公式為：Vb = Vb0(1 - ε/εc)^n，其中臨界孔隙率 εc ≈ 7.3%，n = 2.4。

位錯(cuò)密度效應(yīng)：每平方厘米的位錯(cuò)密度每提升 1×10?/cm2，硅基介質(zhì)擊穿電壓下降 0.75% - 1.2%。

晶界偏析現(xiàn)象：雜質(zhì)在晶界的偏析會導(dǎo)致局部電阻率降低 2 個(gè)數(shù)量級，形成優(yōu)先擊穿路徑。

（三）外部條件作用

溫度響應(yīng)特征：不同材料在不同溫度下的擊穿電壓表現(xiàn)不同。例如：

硅橡膠的溫度系數(shù)為 - 12 mV/℃，即溫度升高時(shí)擊穿電壓降低。

藍(lán)寶石的溫度系數(shù)為 + 3.5 mV/℃，即溫度升高時(shí)擊穿電壓升高。

PMMA 在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）附近會出現(xiàn)非線性突變。

場強(qiáng)調(diào)控方式：均勻場與極不均勻場的擊穿閾值差異可達(dá) 3.5 - 5 倍。例如，球 - 板電極的場強(qiáng)校正因子為 K = 0.65√(d/r) + 0.35，其中 d 為間距，r 為球半徑。

介質(zhì)厚度效應(yīng)：介質(zhì)厚度與擊穿電壓之間存在 “厚度 - 強(qiáng)度" 折中關(guān)系，厚度區(qū)段由介質(zhì)損耗角正切值決定