擊穿電壓PN 結(jié)的擊穿機理

當 PN 結(jié)的反向偏壓較高時，會發(fā)生由于碰撞電離引發(fā)的電擊穿，即雪崩擊穿。存在于半導(dǎo)體晶體中的自由載流子在耗盡區(qū)內(nèi)建電場的作用下被加速其能量不斷增加，直到與半導(dǎo)體晶格發(fā)生碰撞，碰撞過程釋放的能量可能使價鍵斷開產(chǎn)生新的電子空穴對。新的電子空穴對又分別被加速與晶格發(fā)生碰撞，如果平均每個電子（或空穴）在經(jīng)過耗盡區(qū)的過程中可以產(chǎn)生大于 1 對的電子空穴對，那么該過程可以不斷被加強，最終達到耗盡區(qū)載流子數(shù)目激增，PN 結(jié)發(fā)生雪崩擊穿。定義碰撞電離率 α 為載流子沿電場方向經(jīng)過單位距離而引發(fā)新的電子空穴對的幾率，對于硅而言，電子與空穴對應(yīng)的碰撞電離率 α 是不相同的，為簡化計算，我們常用α的有效值代替空穴和電子各自的α，從而雪崩擊穿發(fā)生的臨界條件可表示為：

值得說明的是，有一些化合物半導(dǎo)體如 GaAs 中電子與空穴的碰撞電離率α是相等的，對于這些化合物半導(dǎo)體式（1-1）是嚴格成立的，對于硅，α的有效值約為 1.8×10E[2]。如果考慮到曲面結(jié)，電場不是簡單的一維分布，將式（1-1）以矢量路徑積分的形式表出：

式（1-2）中l(wèi)表示電場的方向矢量，為耗盡區(qū)邊界的位置。例如，對于球面結(jié)，電場的方向沿球面的半徑方向，載流子被徑向的電場加速直到與晶格發(fā)生碰撞或到達耗盡區(qū)邊界，發(fā)生雪崩擊穿的臨界條件為：

定義 PN 結(jié)發(fā)生臨界擊穿對應(yīng)的電壓為 PN 結(jié)的擊穿電壓 BV，BV 是衡量 PN結(jié)可靠性與使用范圍的一個重要參數(shù)，在 PN 結(jié)的其它性能參數(shù)不變的情況下，我們希望 BV 的值越高越好。在一維電場分布的條件下，擊穿電壓可表示為：

如考慮到電場的非一維分布如曲面結(jié)或不規(guī)則結(jié)面的情況，擊穿電壓更普遍的表達式為：

擊穿電壓 BV 為電場沿其起點至其終點的路徑積分值。

使電介質(zhì)擊穿的電壓。電介質(zhì)在足夠強的電場作用下將失去其介電性能成為導(dǎo)體,稱為電介質(zhì)擊穿,所對應(yīng)的電壓稱為擊穿電壓。電介質(zhì)擊穿時的電場強度叫擊穿場強。不同電介質(zhì)在相同溫度下,其擊穿場強不同。當電容器介質(zhì)和兩極板的距離d一定后,由U1-U2=Ed知,擊穿場強決定了擊穿電壓。擊穿場強通常又稱為電介質(zhì)的介電強度。提高電容器的耐壓能力起關(guān)鍵作用的是電介質(zhì)的介電強度。附表為各種電介質(zhì)的相對介電常量εr和介電強度。

電介質(zhì) εr 擊穿場強,×106/(V·m-1)

擊穿電壓是電容器的極限電壓，超過這個電壓，電容器內(nèi)的介質(zhì)將被擊穿．額定電壓是電容器長期工作時所能承受的電壓，它比擊穿電壓要低．電容器在不高于擊穿電壓下工作都是安全可靠的，不要誤認為電容器只有在額定電壓下工作才是正常的。

對云母的擊穿電壓試驗具體為取符合標準的云母片10片以上，在每片中心處進行一次擊穿試驗。然后取試驗結(jié)果的算術(shù)平均值，作為平均擊穿電壓（千伏）。

試驗條件：溫度20-4-5℃，頻率50赫，平穩(wěn)升高電壓，電極為銅或黃銅，直徑為10毫米。工業(yè)上對不同厚度（微米）的白云母、金云母擊穿電壓（千伏）平均值及最低值都有具體的要求。2100433B

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擊穿電壓試驗是一種破壞性試驗，其實質(zhì)是給介質(zhì)加電壓直至其被擊穿。對某一具體樣品，其擊穿電壓可按其定義要求測得。一般，對大批產(chǎn)品或材料的擊穿電壓，實際上為一個平均值。