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固(gù)體(tǐ)介(jiè)質的(dí)電擊穿理(lǐ)論(lùn)是在氣(qì)體(tǐ)放(fàng)電(diàn)的(dí)碰撞電離理(lǐ)論基礎上(shàng)建立(lì)的。在20世紀(jì)30年(nián)代,希(xī)伯爾(Hppel)和(hé)弗羅利赫(Frolich)等(děng)人,在固體(tǐ)物(wù)理(lǐ)學基礎(chǔ)上(shàng)用量子(zǐ)力學為工具(jù),逐(zhú)步(bù)發展建(jiàn)立了(liǎo)固(gù)體介質電(diàn)擊穿的碰撞(zhuàng)電離理(lǐ)論(lùn),其主(zhǔ)要(yào)內(nèi)容為(wéi):在強(qiáng)電場下固體(tǐ)導(dǎo)帶中可(kě)能因(yīn)冷(lěng)發(fā)射(shè)或熱(rè)發(fā)射而存在(zài)一(yī)些(xiē)電子,這些電(diàn)子(zǐ)一(yī)麵在外電(diàn)場作用下被(bèi)加速獲得(dé)動(dòng)能(néng),一麵與(yǔ)晶(jīng)格振(zhèn)動相(xiāng)互作用而加(jiā)劇晶格(gé)振動,把(bǎ)電場(cháng)的能(néng)量(liáng)傳(chuán)遞給晶(jīng)格,當(dāng)這兩(liǎng)方麵(miàn)在一定(dìng)溫度(dù)和(hé)場(cháng)強(qiáng)下平衡(héng)時,固(gù)體介質有穩定(dìng)的(dí)電(diàn)導,但當電子(zǐ)從電場中得到的能量大(dà)於損(sǔn)失(shī)給晶格(gé)振(zhèn)動(dòng)的能量(liáng)時(shí),電子的動能(néng)就(jiù)越(yuè)來(lái)越大(dà),直(zhí)至電子(zǐ)與晶格的相互(hù)作用增強(qiáng)到能電(diàn)離產生(shēng)新(xīn)電子,自由(yóu)電子數(shù)迅速(sù)增加,電(diàn)導(dǎo)不斷增(zēng)大(dà),導致電擊(jī)穿開(kāi)始發生。
按(àn)擊穿發生的(dí)判定條(tiáo)件(jiàn)不同(tóng),電(diàn)擊穿理(lǐ)論可分(fēn)為(wéi):“本征電(diàn)擊穿理論”(以碰(pèng)撞(zhuàng)電(diàn)離開始作(zuò)為(wéi)擊穿(chuān)判(pàn)據)和(hé)“雪崩(bēng)電(diàn)擊(jī)穿理(lǐ)論(lùn)”(以(yǐ)碰(pèng)撞電(diàn)離產生(shēng)的電子數倍增到一定(dìng)數(shù)值而足以(yǐ)破壞(huài)介(jiè)質絕緣(yuán)狀態(tài)作為擊穿判(pàn)據(jù))。
本(běn)征(zhēng)電擊穿理論認為:電(diàn)子從電場中(zhōng)獲得(dé)能(néng)量的速率與(yǔ)電(diàn)場(cháng)強(qiáng)度(dù)E和(hé)電子(zǐ)能量(liáng)E0有關(guān),可(kě)表(biǎo)示(shì)為A(E,E0);而電子(zǐ)損失(shī)給晶(jīng)格能(néng)量(liáng)的(dí)速(sù)率與晶格(gé)溫(wēn)度T和電(diàn)子(zǐ)能量(liáng)E0有關,可表(biǎo)示為B(T,E0),電(diàn)子獲(huò)得(dé)和失(shī)去能量的速率相等(děng)時達(dá)到平(píng)衡狀態,此(cǐ)時
A(E , E0)=B(T , Eo) (4.2-77)
當電場上(shàng)升到使(shǐ)平衡(héng)破(pò)壞時(shí),碰撞電離(lí)過程便立即發(fā)生,所(suǒ)以使(shǐ)式(shì)(4.2-77)成立的(dí)大場(cháng)強就是(shì)碰撞電(diàn)離開始發生的起(qǐ)始場強(qiáng),把這一場強作為(wéi)介質擊(jī)穿(chuān)場強(qiáng)的理(lǐ)論即為本征(zhēng)電擊穿(chuān)理論。
雪崩電(diàn)擊(jī)穿(chuān)理(lǐ)論(lùn)有(yǒu)兩類:一(yī)類是福蘭茲(Frantz)提出的(dí)以(yǐ)隧(suì)道電(diàn)流在(zài)強電場下(xià)增(zēng)長導致介質溫(wēn)升達到一定溫度作為介(jiè)質隧(suì)道(dào)擊(jī)穿的判據(jù),而(ér)在(zài)工(gōng)程實際中(zhōng)常以(yǐ)電(diàn)流隨電壓的相(xiāng)對變化率
達到一定(dìng)數值作為(wéi)經驗(yàn)擊(jī)穿(chuān)判據;另(lìng)一(yī)類是(shì)賽(sài)茲(zī)(Seitz)提(tí)出的以(yǐ)電子崩傳(chuán)遞給介質的(dí)能量(liáng)足以(yǐ)破壞介質(zhì)晶格(gé)結構(gòu)作為擊穿判據(jù)。其計算(suàn)結果表明(míng):由(yóu)陰(yīn)極出發(fā)的初始此(cǐ)電子(zǐ)在向陽(yáng)極運動過程(chéng)中,1cm內(nèi)的電離次(cì)數達(dá)到40次而產生1012個新電子(zǐ)時,介質(zhì)便開始(shǐ)發生擊穿(chuān),這也(yě)稱為“四十代理論(lùn)”。由(yóu)“四十(shí)代理論(lùn)”可以(yǐ)推(tuī)斷,當介質(zhì)狠薄時,碰撞(zhuàng)電(diàn)離(lí)不(bù)足以(yǐ)發展到(dào)四十代,電(diàn)子(zǐ)崩已(yǐ)進(jìn)人陽極復合,此時介(jiè)質(zhì)不(bù)能擊(jī)穿(chuān),即(jí)這(zhè)時(shí)的介質擊穿場強將要提(tí)高(gāo)。這就(jiù)定性地(dì)解釋(shì)了(liǎo)薄(báo)層比厚層(céng)介(jiè)質具較高擊穿(chuān)場強(qiáng)的原(yuán)因。
本征電(diàn)擊(jī)穿和“雪(xuě)崩”電擊穿一般很難(nán)區分(fēn),但(dàn)理論(lùn)上(shàng),它們的(dí)關(guān)係是(shì)明顯的:本(běn)征電擊穿理(lǐ)論中增加(jiā)導電(diàn)電(diàn)子是繼穩態破壞(huài)後(hòu)突(tū)然發(fā)生的,而“雪(xuě)崩”電擊(jī)穿是(shì)考慮到高場強時,導(dǎo)電(diàn)電(diàn)子倍增過(guò)程逐漸達(dá)到(dào)難(nán)以(yǐ)忍(rěn)受的(dí)程(chéng)度,終介(jiè)質(zhì)晶(jīng)格破壞。

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