電介質與鐵電體

介電崩潰

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絕緣體的全部職責就是拒絕導電——把電荷留在一邊,不讓它跑到另一邊去。可每一種絕緣體都有一個臨界點。把跨在它上面的電場加得足夠高,它會猝然崩潰:開始劇烈地導電,常常伴著一道閃光和一聲爆響。絕緣體電阻的這種突然垮塌,就是介電崩潰。

它之所以發生,是因為一個足夠強的電場能從原子上扯下幾個電子。這些被釋放的電子被電場加速,撞進別的原子,又撞鬆出更多電子——一場雪崩在轉瞬之間滾成了電荷的洪流。點燃這場雪崩所需的電場強度,就是材料的崩潰場強,它給材料在其厚度下能承受多大電壓劃下了一道硬上限。

這之所以重要,是因為它為每一個電容器、每一根電纜、每一塊晶片定下了終極極限:越過崩潰場強,器件就失效,有時是被燒穿一個洞、永久報廢。一道閃電就是空氣本身的崩潰。一個常見的誤解是以為絕緣層越厚就自動越安全;真正起作用的是電場,所以一薄層高崩潰場強的材料,能勝過一厚層差材料。要補一句:崩潰還取決於瑕疵、潮氣和熱——真實材料往往在還沒到理想極限時就先垮了。

閃電就是空氣在巨大尺度上的介電崩潰:一團雷雨雲積累起如此多的電荷,以至於雲與地之間的電場終於超過了空氣的崩潰場強,一條導電通道在一道炫目的電光中被撕開。同樣的物理,縮到極小,就能悄無聲息地毀掉一塊晶片。

閃電是空氣在電場超過其承受能力後發生的介電崩潰。

觸發崩潰的是電場,而不單是電壓;在相同電壓下,越薄的絕緣層感受到的電場越強,所以增加厚度——或者選用崩潰場強更高的材料——才換得安全。

又稱
electrical breakdown介电击穿