影响击穿电压的因素介质本征特性、微观缺陷作用和外部条件

影响击穿电压的因素介质本征特性、微观缺陷作用和外部条件

（一）介质本征特性

原子电离能级：当外加电场提供的能量达到介质原子最外层电子的势阱深度时，将引发电子雪崩效应。例如，SiO₂ 的最外层电子势阱深度为 8.4 eV。

晶体结构各向异性：某些材料的晶体结构在不同方向上的击穿场强存在差异。例如，六方氮化硼（h-BN）沿 c 轴的击穿场强比平面方向低 12% - 15%，而立方氮化硼（c-BN）各向异性差异小于 3%。

能带间隙宽度：宽禁带半导体（如 GaN，禁带宽度 > 3.4 eV）相较硅（禁带宽度 1.12 eV）具有更高的本征击穿场强，理论极限可提高 2.8 倍。

（二）微观缺陷作用

孔隙度影响：当陶瓷介质孔隙率从 0.5% 增至 5% 时，击穿电压下降系数符合指数关系。具体公式为：Vb = Vb0(1 - ε/εc)^n，其中临界孔隙率 εc ≈ 7.3%，n = 2.4。

位错密度效应：每平方厘米的位错密度每提升 1×10⁶/cm²，硅基介质击穿电压下降 0.75% - 1.2%。

晶界偏析现象：杂质在晶界的偏析会导致局部电阻率降低 2 个数量级，形成优先击穿路径。

（三）外部条件作用

温度响应特征：不同材料在不同温度下的击穿电压表现不同。例如：

硅橡胶的温度系数为 - 12 mV/℃，即温度升高时击穿电压降低。

蓝宝石的温度系数为 + 3.5 mV/℃，即温度升高时击穿电压升高。

PMMA 在其玻璃化转变温度（Tg）附近会出现非线性突变。

场强调控方式：均匀场与极不均匀场的击穿阈值差异可达 3.5 - 5 倍。例如，球 - 板电极的场强校正因子为 K = 0.65√(d/r) + 0.35，其中 d 为间距，r 为球半径。

介质厚度效应：介质厚度与击穿电压之间存在 “厚度 - 强度” 折中关系，厚度区段由介质损耗角正切值决定