聚四氟乙烯高压击穿强度测定仪

聚四氟乙烯高压击穿强度测定仪

pn结击穿

对pn结施加的反向偏压增大到某一数值VBR时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象称为pn结击穿。发生击穿时的反向电压称为pn结的击穿电压。

半导体物理释义

击穿电压与半导体材料的性质、杂质浓度及工艺过程等因素有关。pn结的击穿从机理上可分为雪崩击穿、隧道击穿和热电击穿三类。前两者一般不是破坏性的，如果立即降低反向电压，pn结的性能可以恢复；如果不立即降低电压，pn结就遭到破坏。pn结上施加反向电压时，如没有良好散热条件，将使结的温度上升，反向电流进一步增大，如此反复循环，最后使pn结发生击穿。由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿，此类击穿是破坏性的。pn结击穿是pn结的一个重要电学性质，击穿电压限制了pn结的工作电压，所以半导体器件对击穿电压都有一定的要求。但利用击穿现象可制造稳压二极管、雪崩二极管和隧道二极管等多种器件。

形成反偏PN结击穿的物理机制有两种：齐纳击穿和雪崩击穿。重掺杂的PN结由于隧穿机制而发生齐纳击穿， 在重掺杂PN结内，反偏条件下两侧的导带和价带离得很近，以致电子可以由P区直接隧穿到N区的导带。

巴申定律

巴申定律是巴申于1889年，从大量的实验中总结出的击穿电压Ub与气体压力p、间隙d之间关系的定律。当时，人们并不知道气体的电正性，它在后来被验证，巴申定律也适用于电负性气体。

早在汤逊理论出现之前，巴申（Paschen）就于1889年从大量的实验中总结出了击穿电压Ub与pd的关系曲线，其结果如图1所示，称为巴申定律，即

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

图1给出了空气间隙的Ub与pd关系曲线，可见，首先，Ub并不仅仅由d决定，而是pd的函数；其次，Ub不是pd的单调函数，而是U形曲线，有极小值   。

原理：

大多数检验巴申定律的实验是在控制低气压和小间隙的条件下进行的，其中电场的均匀程度，即Schwaiger因子η，可以很容易地在均匀电场中保持不变。从均匀到极不均匀的过渡过程中有一个稍不均匀场的电场分布情况，大气压下Schwaiger系数在0.25≤η<1的范围内，均匀电场中的电介质特性与稍不均匀场很相似。

为了解释此曲线的形状，可以考虑固定间距（d=常数）的间隙，并且让气压从曲线右边下降到最小值。当气压降低时，气体的密度降低，因此降低了向阳极进行中电子与分子碰撞概率。由于每次碰撞损失能量，弱电场强度或低压损耗足以提供给电子足够的动能，使其发生电离碰撞，并最终导致击穿。

当达到最小击穿电压且气压继续减小时，气体的密度变得很低，碰撞发生很少。在这种情况下，即使电子的动能大于电离所需能量，电子碰撞也不一定能电离分子。通过电子碰撞引起的电离成功的概率大大减少。换言之，电子电离的有限机会取决于它的能量。只有通过增加电场强度使电离概率增大，击穿才能发生。这解释了为何击穿电压在左边有最小值。在低压下，出现高真空条件。因此，此区域的现象是适用于高压真空管和开关的。在这些条件下，电极材料的击穿电压效应起着重要的作用。巴申定律不适应于曲线最左侧部分

击穿电压：

气隙的工作点不同时，击穿电压随气隙的变化规律也不同。可以这样理解气隙的击穿：就是气隙在外电压作用下有强大电流通过，即有大量的带电质点定向移动。而带电质点的产生取决于从阴极出发的电子在向阳极移动过程中与中性质点的碰撞次数和使其游离的概率 。 假设气压保持不变 ，气隙增大，则必须增大外设电压才能使电子电子获得足够的能量易产生碰撞游离。但是当气隙值很小，碰撞游离概论已经很高时，如果继续减小，则由于电子与中性质点碰撞次数的减少，反而使气隙移动的带电质点减少，所以必须升高外设电压才能保持气隙的击穿。 在气隙变化过程中，总有一个气隙距离值对气隙中的带电质点产生最有利，使击穿电压最小，这就是谷点，同理，当气隙保持不变，气体分子的相对密度增大时，电子的自由行程就缩短了，相邻两次碰撞之间积聚到足够动能的概率减小了，故击穿电压必然升高，这就是谷点的右侧。 

巴申定律是反映间隙电压耐受强度与气体压力和间隙之间的关系的定律。 其基本关系为：当气体成分和电极材料一定时，气体间隙击穿电压是气压和极间距离乘积的函数；当气体温度不定时，气体间隙击穿电压是气体密度和极间距离的函数

公式：巴申定律是在气体温度不变的情况下得出的。对于气体温度并非恒定的情况，公式应改写为

Ub=F(δd)

式中

δ——气体相对密度，指气体密度与标准大气条件（Ps=101kPa，Ts=293K）下密度之比，即

δ=Tsp/Pst=2.9p/t

式中

p——击穿实验时气压，单位为kPa；

t——击穿实验时温度，单位为K。