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聚四氟乙烯高壓擊穿強(qiáng)度測(cè)定儀

pn結(jié)擊穿

對(duì)pn結(jié)施加的反向偏壓增大到某一數(shù)值VBR時(shí)，反向電流密度突然開始迅速增大的現(xiàn)象稱為pn結(jié)擊穿。發(fā)生擊穿時(shí)的反向電壓稱為pn結(jié)的擊穿電壓。

半導(dǎo)體物理釋義

擊穿電壓與半導(dǎo)體材料的性質(zhì)、雜質(zhì)濃度及工藝過程等因素有關(guān)。pn結(jié)的擊穿從機(jī)理上可分為雪崩擊穿、隧道擊穿和熱電擊穿三類。前兩者一般不是破壞性的，如果立即降低反向電壓，pn結(jié)的性能可以恢復(fù)；如果不立即降低電壓，pn結(jié)就遭到破壞。pn結(jié)上施加反向電壓時(shí)，如沒有良好散熱條件，將使結(jié)的溫度上升，反向電流進(jìn)一步增大，如此反復(fù)循環(huán)，最后使pn結(jié)發(fā)生擊穿。由于熱不穩(wěn)定性引起的擊穿，稱為熱電擊穿，此類擊穿是破壞性的。pn結(jié)擊穿是pn結(jié)的一個(gè)重要電學(xué)性質(zhì)，擊穿電壓限制了pn結(jié)的工作電壓，所以半導(dǎo)體器件對(duì)擊穿電壓都有一定的要求。但利用擊穿現(xiàn)象可制造穩(wěn)壓二極管、雪崩二極管和隧道二極管等多種器件。

形成反偏PN結(jié)擊穿的物理機(jī)制有兩種：齊納擊穿和雪崩擊穿。重?fù)诫s的PN結(jié)由于隧穿機(jī)制而發(fā)生齊納擊穿， 在重?fù)诫sPN結(jié)內(nèi)，反偏條件下兩側(cè)的導(dǎo)帶和價(jià)帶離得很近，以致電子可以由P區(qū)直接隧穿到N區(qū)的導(dǎo)帶。

巴申定律

巴申定律是巴申于1889年，從大量的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出的擊穿電壓Ub與氣體壓力p、間隙d之間關(guān)系的定律。當(dāng)時(shí)，人們并不知道氣體的電正性，它在后來被驗(yàn)證，巴申定律也適用于電負(fù)性氣體。

早在湯遜理論出現(xiàn)之前，巴申（Paschen）就于1889年從大量的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出了擊穿電壓Ub與pd的關(guān)系曲線，其結(jié)果如圖1所示，稱為巴申定律，即

Ub=f(pd)或f2(Ub/pd){exp[pdf1(Ub/pd)-1]}=1

圖1給出了空氣間隙的Ub與pd關(guān)系曲線，可見，首先，Ub并不僅僅由d決定，而是pd的函數(shù)；其次，Ub不是pd的單調(diào)函數(shù)，而是U形曲線，有極小值   。

原理：

大多數(shù)檢驗(yàn)巴申定律的實(shí)驗(yàn)是在控制低氣壓和小間隙的條件下進(jìn)行的，其中電場(chǎng)的均勻程度，即Schwaiger因子η，可以很容易地在均勻電場(chǎng)中保持不變。從均勻到極不均勻的過渡過程中有一個(gè)稍不均勻場(chǎng)的電場(chǎng)分布情況，大氣壓下Schwaiger系數(shù)在0.25≤η<1的范圍內(nèi)，均勻電場(chǎng)中的電介質(zhì)特性與稍不均勻場(chǎng)很相似。

為了解釋此曲線的形狀，可以考慮固定間距（d=常數(shù)）的間隙，并且讓氣壓從曲線右邊下降到最小值。當(dāng)氣壓降低時(shí)，氣體的密度降低，因此降低了向陽極進(jìn)行中電子與分子碰撞概率。由于每次碰撞損失能量，弱電場(chǎng)強(qiáng)度或低壓損耗足以提供給電子足夠的動(dòng)能，使其發(fā)生電離碰撞，并最終導(dǎo)致?lián)舸?/span>

當(dāng)達(dá)到最小擊穿電壓且氣壓繼續(xù)減小時(shí)，氣體的密度變得很低，碰撞發(fā)生很少。在這種情況下，即使電子的動(dòng)能大于電離所需能量，電子碰撞也不一定能電離分子。通過電子碰撞引起的電離成功的概率大大減少。換言之，電子電離的有限機(jī)會(huì)取決于它的能量。只有通過增加電場(chǎng)強(qiáng)度使電離概率增大，擊穿才能發(fā)生。這解釋了為何擊穿電壓在左邊有最小值。在低壓下，出現(xiàn)高真空條件。因此，此區(qū)域的現(xiàn)象是適用于高壓真空管和開關(guān)的。在這些條件下，電極材料的擊穿電壓效應(yīng)起著重要的作用。巴申定律不適應(yīng)于曲線最左側(cè)部分

擊穿電壓：

氣隙的工作點(diǎn)不同時(shí)，擊穿電壓隨氣隙的變化規(guī)律也不同。可以這樣理解氣隙的擊穿：就是氣隙在外電壓作用下有強(qiáng)大電流通過，即有大量的帶電質(zhì)點(diǎn)定向移動(dòng)。而帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生取決于從陰極出發(fā)的電子在向陽極移動(dòng)過程中與中性質(zhì)點(diǎn)的碰撞次數(shù)和使其游離的概率?。?假設(shè)氣壓保持不變?，氣隙增大，則必須增大外設(shè)電壓才能使電子電子獲得足夠的能量易產(chǎn)生碰撞游離。但是當(dāng)氣隙值很小，碰撞游離概論已經(jīng)很高時(shí)，如果繼續(xù)減小，則由于電子與中性質(zhì)點(diǎn)碰撞次數(shù)的減少，反而使氣隙移動(dòng)的帶電質(zhì)點(diǎn)減少，所以必須升高外設(shè)電壓才能保持氣隙的擊穿。?在氣隙變化過程中，總有一個(gè)氣隙距離值對(duì)氣隙中的帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生最有利，使擊穿電壓最小，這就是谷點(diǎn)，同理，當(dāng)氣隙保持不變，氣體分子的相對(duì)密度增大時(shí)，電子的自由行程就縮短了，相鄰兩次碰撞之間積聚到足夠動(dòng)能的概率減小了，故擊穿電壓必然升高，這就是谷點(diǎn)的右側(cè)。?

巴申定律是反映間隙電壓耐受強(qiáng)度與氣體壓力和間隙之間的關(guān)系的定律。?其基本關(guān)系為：當(dāng)氣體成分和電極材料一定時(shí)，氣體間隙擊穿電壓是氣壓和極間距離乘積的函數(shù)；當(dāng)氣體溫度不定時(shí)，氣體間隙擊穿電壓是氣體密度和極間距離的函數(shù)

公式：巴申定律是在氣體溫度不變的情況下得出的。對(duì)于氣體溫度并非恒定的情況，公式應(yīng)改寫為

Ub=F(δd)

式中

δ——氣體相對(duì)密度，指氣體密度與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件（Ps=101kPa，Ts=293K）下密度之比，即

δ=Tsp/Pst=2.9p/t

式中

p——擊穿實(shí)驗(yàn)時(shí)氣壓，單位為kPa；

t——擊穿實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度，單位為K。