随着对客观世界的理解到发展，从宏观到微观，介观，微米，纳米分子尺度，甚至物理结构和电子技术的出现，在民用和军事应用领域越来越广泛。然而，随着物理尺寸的减少，集成水平的逐渐提高，微纳米尺度的物理结构和电子器件面临更严酷的工作环境。。
1 宏观尺度击穿特性和放电规律
人类对气体放电现象的了解和研究已经很长时间了，在1889年，德国物理学家帕陈证实了空气间隙电压U、空气压力p和裂缝的宽度是根据相应的结果来描述U和pd Paschen定律的关系。这些年来，爱尔兰物理学家汤森对气体电离和放电过程进行了系统的研究，并在理论上解释了帕邢定律，提出了著名的Townsend雪崩击穿理论，以供在理论基础上对气体击穿特性的研究，对电力设备绝缘故障的分析和故障诊断提供了重要的理论依据。气体击穿特性和放电规律：
Townsend雪崩击穿理论是在自由空间(主要是电子的)中存在少量的自由带电粒子，在外部电场的作用下，没有电子的方向运动，并且在空间中与气体原子或分子发生碰撞，当电子能量达到原子或分子的气体电离能量时，碰撞电离的概率将会增加，从而导致新的自由电子和正离子。在由二次电子产生的碰撞电离的过程中，在电场中加速，继续与其它气体原子或分子一起工作，可能激发新的自由电子。随着物理过程的发展，使自由电子的数量一直在增长，从而形成电子雪崩，延伸到阳极的电子雪崩，以及气体放电的穿透性。其中，电离系数α(第一汤森电离系数)与气隙宽度、空气压力p A和B和d气体常数。
由于电子会在阳极处消失或扩散到中间的间隙，因此，需要另一种物理机制来进行新的电子击穿过程:为了在与阴极电场碰撞时，阳离子与阴极电场碰撞产生电离之后，导致阴极表面二次电子发射。因此，所述γ的第三电离系数，所述的过程保持了放电的条件：
2 基于毫米尺度介电系统的击穿特性
这些年来，国内外学者试图用微米和纳米级的比例分解特征得出的研究成果，取得了一系列显著的成就。根据界电气系统的物理尺度的不同，将会有不同的结果，这两种不同的结果分别是关于微米尺度分解特性和放电规律的研究成果。从实验研究，到数值计算，机制分析，等等，为相关的研究提供了参考。
自20世纪50年代的W. Boyle 等人，以及 L. H.Germer，发现当气隙间隙减少到一个临界值，使得帕邢定律不再适用，微米级的击穿特性开始引起研究人员、包括英国J. M. Torres、美国 P. G.Slade等研究人员的注意力，以及lade和美国南卡罗莱纳大学(Sudarshan)等人。由于实验技术的限制，早期实验研究对象是宏观尺度(mm或cm)的金属电极，其主要通过机械方式控制以实现具有微米级间隙的介电系统。图2示出了基于mm定标实验平台系统的典型电介质击穿，图2示出了该系统包括运动电极、固定电极和电极控制机构，该运动电极连接到微计螺杆或步进电机，通过微尺度来实现间隙所进行的螺杆或步进电机控制。其具体的实验过程:首先，移动电极向固定电极缓慢移动，在两个电极之间施加1v固定电压，当两个电极之间的电流突然增大时，所述两个电极相互接触，立即停止电极运动，然后将电极缓慢移动，移动到所需的电极间隙。该系统具有结构简单并且易于实现的优点，缺点是，调节范围的电极间隙通常大于1μm，不能实现纳米级研究的击穿特性。
3 放电规律
研究发现，当电极材料为金属时，在电极间隙5um中要求在击穿定律的任意一侧出现不同的特性变化，当电极间距d>5pm，击穿定律遵循Paschen的定律，并且当在帕邢定律没有应用时，当电极间距d < 5 PM时。与此相反，当半导体材料是硅电极时，它的分解规则遵循了帕斯陈定律，电极材料的区别可能会导致分解特性的差异。进一步的研究发现，电极表面粗糙，微观隆起，在物质表面的电阻率和介电层表面上，电介质层的电压极性对分解特性有很大的影响，当间隔距离1um的时候，应用负极性脉冲击穿阈值低于击穿阈值
4 结束语
为了对微纳尺度电击穿和放电规律有更加深入的理解，从微纳尺度电击穿过程中电子发射电荷迁移和晶体结构的变化规律，进一步研究的微观特征和物理机理。建立和完善在不同应用的电场(dc，纳秒方波，纳秒脉冲)在物理模型的击穿作用下，为了丰富和发展介电击穿放电理论，为新一代电子设备的系统和未来的微电子器件绝缘性能评价和结构设计的理论奠定基础。
参考文献
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论文作者:穆进辉
论文发表刊物:《红地产》2017年2月
论文发表时间:2018/12/13
标签：电极论文; 电离论文; 尺度论文; 间隙论文; 气体论文; 特性论文; 定律论文; 《红地产》2017年2月论文;