极性电容为什么具有单向导电性(阀金属与氧化膜)
問:為什么電解電容具有單向導電性
答:閥金屬形成的氧化膜具有單向導電性,類似于二極管的PN結結構。
一、閥金屬
閥金屬(如Ta、Ti、Al),可進行陽極化處理,陽極氧化后能在其表面均勻生成一種與氧化膜。
二、陽極氧化
主要是鋁的陽極氧化,是利用電化學原理,在鋁和鋁合金的表面生成一層氧化鋁膜。這層氧化膜具有防護性、裝飾性、絕緣性、耐磨性等特殊特性。以閥金屬為正極,在其表面用電化學的方法,利用電解的方式使其表面形成氧化膜作為介質,用液體或固體(或半導體)等電解質作為負極,并緊密接觸于氧化膜介質,用另一金屬作為負極引出的電容器稱為電解電容器。
氧化膜的形成分為
階段A膜層生長,形成一層致密無孔的阻擋層,阻擋層薄而致密,表現出絕緣性,能夠阻擋電流流過。
階段B阻擋層形成,由于氧化鋁原子體積大,產生膨脹,導致凹凸不平。凹處電阻小電流大。
階段C多孔層,凹處在電場作用下產生化學溶解,加深凹陷,使其能夠繼續發生氧化反應形成新的氧化膜,到某一階段,溶解與氧化過程達到平衡,形成了厚而多孔的外層結構。
多孔層其刨面結構,形成了中間孔洞的六方形結構,孔洞直通底部的阻擋層。
三、氧化膜為什么具有單向導電性
為什么電解電容具有單向導電性,比較普遍的一種解釋是陽極氧化膜的P-i-N理論。氧化膜的形成是依靠離子通過氧化膜遷移的結果,在靠近陽極金屬(鋁)這邊的氧化膜內金屬離子濃度大(可以看成參入雜質,提供電子的N型半導體),靠近電解質一側的氧負離子溶度大(可以看作提供空穴的,P型半導體),而中間的介質相當與阻擋層i,這就構成了P-i-N結構,具有類似PN結的單向導電性。
當電解電容進行反接時,阻擋層不再表現出非常強的絕緣性,氧化膜會快速溶解變薄,只要氧化膜上出現孔洞,整體導電能力就會急劇增大,電流增大,最終過熱爆炸。
總結
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