影響擊穿電壓的因素介質本征特性、微觀缺陷作用和外部條件

影響擊穿電壓的因素介質本征特性、微觀缺陷作用和外部條件

（一）介質本征特性

原子電離能級：當外加電場提供的能量達到介質原子最外層電子的勢阱深度時，將引發電子雪崩效應。例如，SiO? 的最外層電子勢阱深度為 8.4 eV。

晶體結構各向異性：某些材料的晶體結構在不同方向上的擊穿場強存在差異。例如，六方氮化硼（h-BN）沿 c 軸的擊穿場強比平面方向低 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，理論極限可提高 2.8 倍。

（二）微觀缺陷作用

孔隙度影響：當陶瓷介質孔隙率從 0.5% 增至 5% 時，擊穿電壓下降系數符合指數關系。具體公式為：Vb = Vb0(1 - ε/εc)^n，其中臨界孔隙率 εc ≈ 7.3%，n = 2.4。

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

晶界偏析現象：雜質在晶界的偏析會導致局部電阻率降低 2 個數量級，形成優先擊穿路徑。

（三）外部條件作用

溫度響應特征：不同材料在不同溫度下的擊穿電壓表現不同。例如：

硅橡膠的溫度系數為 - 12 mV/℃，即溫度升高時擊穿電壓降低。

藍寶石的溫度系數為 + 3.5 mV/℃，即溫度升高時擊穿電壓升高。

PMMA 在其玻璃化轉變溫度（Tg）附近會出現非線性突變。

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

介質厚度效應：介質厚度與擊穿電壓之間存在 “厚度 - 強度" 折中關系，厚度區段由介質損耗角正切值決定