Жмурки с электричеством

Ага! Тогда теория электрического пробоя должна быть очень проста. При подаче пробивного напряжения, чудище Ферми-Дирака перестаёт справляться со своими обязанностями, и всё! Может, пробивное напряжение его парализует. А, может, от пробивного напряжения это чудище вообще копыта откидывает. Тут такой простор для полёта теоретической мысли! Но нет, чегой-то эти перспективы не заинтересовали теоретиков. Они наплодили кучу теорий электрического пробоя, но ни одна из них не исходит из неприятностей у чудища Ферми-Дирака. Такое впечатление, что теоретики сговорились и дурака валяют — всяк на свой лад. Вот, например, что придумали: что канал проводимости в диэлектрике образуется в результате ионизации электронным ударом. Из той кучи теорий, эта особенно недурна; есть в ней для сердца физика что-то такое… к поцелуям зовущее. Конечно, есть у неё и недостаточки, но они тоже — премиленькие. Вот, например: атомы в твёрдом теле упакованы плотно, и электрон, на отрезке всего лишь в междуатомный промежуток, должен был бы набирать энергию, достаточную для ионизации атома. Но для этого требуются напряжённости, которые превышают экспериментальные пробивные значения на пару порядков. Чтобы теория пробоя через ионизацию электронным ударом была в согласии с опытом, длина свободного пробега медленного электрона в твёрдом диэлектрике должна составлять несколько сотен Ангстрем — а это невозможно при плотно упакованных атомах. Что — затрудненьице? Та оно-ж легко преодолимо-ж! Теоретики привели под ручки квантовую механику — разберись, мол, всеядная ты наша — и, на всякий случай, отошли подальше. Тут же раздались хруст и довольное чавканье, а на выходе получилось то, чему и полагается в таких случаях. Мол, медленный электрон, да, не может пройти сквозь отдельный атом, но когда этих атомов много, электрон нутром чует их всех сразу, и сквозь все сразу и прёт. Проперев таким макаром положенные сотни Ангстрем и набрав энергию, достаточную для ионизации атома, электрон теряет дар чутья всех атомов сразу — потому что от души вмазывается только в один из них, отчего тот ионизируется. Смотрите-ка, стало уже два свободных электрона! Они смогут ионизовать ещё два атома, и так далее. Возникнет электронная лавина, забодай её коза! Это же и получится электрический пробой! Только, тю ты, опять неувязочка из кармана вылазит. Первичный-то электрон может инициировать лавину, начиная с любого места в толще образца. Но никто никогда не наблюдал такого канала пробоя в твёрдом диэлектрике, который начинался бы где-то из середины образца — этот канал всегда начинается на его поверхности! Мистика какая-то… Да и вообще, теория пробоя через ударную ионизацию, когда затравочных свободных электронов можно пересчитать по пальцам одной руки, насмерть обижает зонную теорию, по которой даже непробитый диэлектрик кишит свободными электронами. Где же уважение к достижениям предшественников? Или, пардон, зонная теория — это и не достижение вовсе? А чего ж её до сих пор в вузах преподают? Без неё — студентам скучно, что ли?

Эх, дорогой читатель! Давайте снова вспомним про концепцию зарядовых разбалансов. Вы спросите — как она поможет объяснить электрический пробой твёрдого диэлектрика? Отвечаем: легко! И, к тому же, без мистики! Выше мы говорили, что в твёрдом теле, из-за плотной упаковки атомов, невозможно направленное движение электронов, которые оставались бы свободными. Даже в металлах, продвижение электронов к аноду происходит в режиме «ротации кадров» между свободными и связанными электронами. Чтобы диэлектрик стал проводником, в нём тоже следует создать возможность для такой «ротации кадров». Потому что в диэлектрике этой возможности нет. Например, кристалл со стационарными химическими связями, где совсем нет свободных валентностей — хороший диэлектрик. Есть и другие диэлектрики, например, оксиды металлов. Не странно ли это? — ведь в их состав входят атомы металла, которые испытывают валентные переключения! Нет, не странно: при хорошей упорядоченности этих переключений, ни одна валентность не остаётся свободной так долго, чтобы стать ловушкой для постороннего электрона — так что режим «ротации кадров» здесь тоже исключён. Вывод: для электронной проводимости требуются долгоживущие (по атомным меркам) свободные валентности. А для этого надо делать с диэлектриком что? Правильно: рвать в нём химические связи!