电介质与铁电体

介电击穿

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绝缘体的全部职责就是拒绝导电——把电荷留在一边,不让它跑到另一边去。可每一种绝缘体都有一个临界点。把跨在它上面的电场加得足够高,它会猝然崩溃:开始剧烈地导电,常常伴着一道闪光和一声爆响。绝缘体电阻的这种突然垮塌,就是介电击穿。

它之所以发生,是因为一个足够强的电场能从原子上扯下几个电子。这些被释放的电子被电场加速,撞进别的原子,又撞松出更多电子——一场雪崩在转瞬之间滚成了电荷的洪流。点燃这场雪崩所需的电场强度,就是材料的击穿场强,它给材料在其厚度下能承受多大电压划下了一道硬上限。

这之所以重要,是因为它为每一个电容器、每一根电缆、每一块芯片定下了终极极限:越过击穿场强,器件就失效,有时是被烧穿一个洞、永久报废。一道闪电就是空气本身的击穿。一个常见的误解是以为绝缘层越厚就自动越安全;真正起作用的是电场,所以一薄层高击穿场强的材料,能胜过一厚层差材料。要补一句:击穿还取决于瑕疵、潮气和热——真实材料往往在还没到理想极限时就先垮了。

闪电就是空气在巨大尺度上的介电击穿:一团雷雨云积累起如此多的电荷,以至于云与地之间的电场终于超过了空气的击穿场强,一条导电通道在一道炫目的电光中被撕开。同样的物理,缩到极小,就能悄无声息地毁掉一块芯片。

闪电是空气在电场超过其承受能力后发生的介电击穿。

触发击穿的是电场,而不单是电压;在相同电压下,越薄的绝缘层感受到的电场越强,所以增加厚度——或者选用击穿场强更高的材料——才换得安全。

又称
electrical breakdown介电击穿