В случае эмиссии электронов с поверхности катода в зону проводимости высота потенциального барьера определяется разностью энергий дна зоны проводимости в диэлектрике и уровня Ферми в металле WFe Так же как и для жидких диэлектриков, увеличение диэлектрической проницаемости твердого диэлектрика приводит к уменьшению энергии выхода электронов. Наличие электронов в зоне проводимости и дырок в нормальной зоне приводит при достаточно высоких напряженностях Е>Ео к резкому возрастанию электронной проводимости твердого диэлектрика, которая может значительно превышать ионную и быть определяющей. В случае электронной проводимости имеет место нарушение законаОма, плотность тока электронной проводимости возрастает быстрее роста напряженности поля- В этом случае удельная объемная проводимости определяется эмпирически формулой Пуля:
(5.31)
где gv0 - удельная объемная проводимость в области слабых электрических полей (где соблюдается закон Ома); а1 - коэффициент, определяемый опытным путем и зависящий от свойств диэлектрика. В ряде случаев лучшее согласие с результатами экспериментов дает формула Я.И.Френкеля:
(5.37)
Наличие примесей и дефектов приводит к нарушению периодичности структуры и к появлению дополнительных локальных уровней в области возникновения дефекта. Если эти локальные уровни расположены в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости, то они называются донорными (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Локальные уровни диэлектрика: 1-донорные; 2-акцепторные
При наличии электронов на этих уровнях они могут являться поставщиками электронов для зоны проводимости. Если локальные уровни расположены в запрещенной зоне вблизи верхнего уровня нормальной зоны, то они называются акцепторными. В этом случае на эти уровни могут переходить электроны из нормальной зоны.
Локальные уровни называются ловушками. Электроны, попавшие на эти ловушки, могут значительное время находиться в захваченном состоянии, что зависит от глубины ловушки (глубокие - порядка 1 эВ и мелкие - порядка 0,1 эВ), приводя к появлению объемного заряда в диэлектрике. Время нахождения электрона на глубоких ловушках может исчисляться тысячами секунд. Концентрация ловушек зависит от глубины ловушек и от структуры вещества и может изменяться в широких пределах (от 1012 до 1021 1/см и более).
В твердом теле, также как и в жидкости, при напряженностях, близких к пробивным, возможны процессы ударной ионизации, приводящие к резкому возрастанию плотности тока с ростом напряженности.
5.6. Основные виды пробоя
По физической сущности развития пробоя различают следующие основные виды пробоя: чисто электрический, электротепловой, электромеханический, электрохимический и ионизационный пробой.
5.6.1. Электрический пробой электроизоляционного материала
О чисто электрическом пробое электроизоляционного материала говорят в том случае, когда внезапное увеличение удельной электрической проводимости электроизоляционного материала происходит только под действием внешнего электрического поля, как это бывает при ударной ионизации. Потеря изоляционной способности, т.е. пробой электроизоляционного материала, происходит при этом типе пробоя за очень короткое время (порядка 10-8 с). Примером явления чисто электрического пробоя является молния.
Электрический пробой — пробой, обусловленный разрывом электрических связей между частицами (атомами, молекулами) диэлектрика. При электрическом пробое в объеме диэлектрика развивается ударная ионизация.
Электрическая прочность Епр твердых диэлектриков лежит в пределах от 10 МВ/м до 1000 МВ/м. Величина Епр определяется структурой диэлектрика, типом связей атомов и слабо зависит от температуры, чистоты и геометрии образца. Характерное время пробоя — микросекунды и менее.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.