漏電流
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漏電流或是漏電,是指電流異常的流動,在一般認為無電流的電路上進行能量轉移,像是電容器的自發性放電、變壓器和其他電子零件之間的磁耦合、關閉電晶體以及反向導通二極管上面的電流。
電容器的漏電流
有電荷,連接其他電路的電容器,其能量會漸漸減少,原因主要是因為連接電容器的其他電子元件(例如電晶體或是二極管)在關閉時仍然會有微量電流通過。其電流可能已比正常運作時的電流少幾個數量級,但仍然會讓電容器緩慢放電。另一種電容器漏電流的原因,是因為電容器裏介電質的非理想特性,也稱為介電質漏電。其介電質材料不是完美的絕緣體,電導率不為零,因此仍有少量的漏電流,讓電容器緩慢放電[1]
電路上的漏電流
漏電可以指電流離開了原先規劃的電路,在其他路徑上流動。這種漏電可能造成損壞、失火、RF雜訊,也可能造成人員電擊死亡[2]。這類的漏電可以觀察電路,看電路上的電流是否接近電路其他部份的電流,若電路上沒有分流路徑,但某處電流明顯的小於電路其他位置的電流,就可能有漏電的情形。高壓系統的漏電可能會讓接觸到的人觸電死亡[3]。
漏電流也可以指電路之間的電能轉移。例如電力變壓器的磁力線不會完全束縛在鐵芯內,可能會和週邊的電路耦合,因此週邊電路會接收到變壓器頻率的對應能量,有可能在音訊的應用中出現嗡嗡聲[4]。
漏電流也可以指一些電路的理想電流應該為零,但是有電流流過的情形,例如在待機、關閉或休眠狀態的電器電源。這些元件的靜態電流為1至2μA,比正常運作時的數百到數千mA要小很多。流動裝置的製造商會很重視這類的電流,因為此電流會影響設備電池的可供電時間[5]。
有些市電電源供電的設備(像變頻器及交流-直流轉換器),有些會加裝電源的濾波器,漏電流會經由連接電源線和中性線的Y電容流到地或是接地導體。此電流是因為電容器在市電頻率下的阻抗所造成[6][7]。一般來說可以接受少量的漏電流,但漏電流若超過30 mA,可能會對設備的使用者造成危害。若像病患可能接觸的醫療設備,其允許漏電流更低,一般需小於10 mA。
半導體的漏電流
半導體器件裏的漏電流屬於量子現象,電荷載子(電子或電洞)穿隧通過絕緣區域。漏電流會隨着絕緣區域厚度的減少而指數成長。穿隧漏電流也會出現在重摻雜P類半導體和N類半導體之間的Pn結上。電荷載子除了從柵氧化層或結上穿隧外,也可能會透過金屬氧化物半導體場效電晶體的源極和汲極之間泄漏,這稱為亞閾值電流。泄漏的主要來源是在電晶體內,但電子也可能在互連(interconnect)中泄漏。漏電流會增加消耗的功率,若電流過大甚至會使電路失效。
漏電流是影響電腦處理器效能的主要原因之一,減少漏電流的方式包括有應變矽、高介電常數介電層或是半導體中較重的摻雜劑。為了使摩爾定律繼續有效,需要持續降低漏電流,不但需要新的材料,也需要好的系統設計,
有些半導體製造的缺陷,會使得漏電流增加。可以用量測漏電流或是Iddq測試方式,判斷晶片是否有瑕疪。
漏電流增加是半導體元件受到較大應力時的失效模式,若其閘體氧化物或是接面受到永久性損害,但還沒有大到造成災難性故障,就會有此情形。閘極氧化物的過應力可能會造成應力誘發的漏電流。
異質結構場效電晶體(HFET)的漏電流多半是來自其阻障層中殘留的高密度trap。到目前為止,GaN HFET的閘極漏電流都還是比比其他材質(如GaAs)的HFET要高[8]
漏電流常用mA為單位量測。若是反向偏壓的二極管,其漏電流對溫度的靈敏度很高。若是寬溫度範圍的應用,需要確認半導體特性,並且確認漏電流在應用上的影響。
相關條目
參考資料
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