вопросы и ответы по керамике

Механизм электропроводности диэлектрика

Проводимость твердых диэлектриков определяется электронной и ионной электропроводностью.

Электронная электропроводность вносит малый вклад в проводимость диэлектрика при обычных температурах эксплуатации компонентов РЭС (-60...+125 oС), поскольку концентрация свободных электронов при этих температурах в диэлектриках очень мала. Данный механизм электропроводности является доминирующим лишь в случае электрического пробоя, который наблюдается при высоких значениях напряженности электрического поля в диэлектрике.

Электронная проводимость в диэлектрических материалах может быть заметной также в случае высокой концентрации примесей, создающих в запрещенной зоне диэлектрика дополнительные энергетические уровни, которые могут быть легко ионизированы, то есть отдают в зону проводимости электроны или захватывают их из валентной зоны.

Ионная электропроводность обусловлена перемещением ионов основного вещества или ионов примесей под действием электрического поля, приложенного к диэлектрическому материалу. Поэтому ионная электропроводность сопровождается переносом вещества на электроды (в случае электронной электропроводности это явление не наблюдается).

Процесс ионной электропроводности диэлектриков условно можно представить состоящим из двух этапов. На первом этапе ионы в результате тепловых колебаний переходят из узлов в междуузлия кристаллической решетки диэлектрика, выполняющие роль ловушек для ионов. На следующем этапе (после включения внешнего электрического поля Е) захваченные на ловушки ионы перемещаются по междоузлиям решетки, осуществляя электропроводность и перенос вещества.

С ростом температуры электропроводность диэлектрических материалов увеличивается в связи с увеличением подвижности ионов.

Механизмы переноса заряда в диэлектриках:

а) Дрейфовый: большую часть времени носители заряда тратят на движение, а меньшую – на соударение и рассеяние на других частицах.

б) Прыжковой проводимости: обусловлен образованием и движением полиронов путем перескока на соседние узлы кристаллической решетки.

в) Диффузионный: выравнивание концентрации носителей заряда в диэлектрике за счет беспорядочных хаотических движений.

По механизму образования носителей заряда различают:

а) Равновесные носители заряда: образуются при термической активации диэлектриков.

б) Неравновесные: возникают при инжекции электронов или дырок с металлических электродов при фотооблучении, ионизирующем облучении или действия сильного электрического поля.

В диэлектриках кроме процесса генерации электронов и дырок происходят процессы рекомбинации, при которых электроны или дырки взаимодействуют и взаимоуничтожаются за счет рекомбинации электронов с дырками.

Содержание