Rev. Phys. Appl. (Paris) 16, 67-75 (1981)
DOI: 10.1051/rphysap:0198100160306700

Dissipation et claquage thermique dans les solides non métalliques soumis à un champ électrique intense.

R. Coelho¹ et R. Goffaux<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Physique des Décharges , École Supérieure d'Électricité, Plateau du Moulon, 91190 Gif-sur-Yvette, France
²  Laboratoire de Recherches, Ateliers de Constructions de Charleroi, B.P. n° 4, 6000 Charleroi, Belgique

Abstract
This paper is the first of a series devoted to the behaviour of non-metallic materials submitted to a high field. In the work presented here, we investigate the variation of the conduction current with the value of the d.c. or v.l.f. voltage applied on a plane sample, taking into account the internal heat dissipation. We discuss the temperature, voltage and field distributions in the sample, as well as the shape of the current-voltage characteristics and the effect on this shape of steps in the temperature profile at the interfaces. We show that if such steps are present, the characteristics contains a zone of negative slope, and we draw from this conclusions relative to the thermal breakdown. Finally we show that the presence of temperature gradients in the electrically stressed samples induces a space-charge polarization, and we derive the static permittivity related to this space-charge. In the articles presently under preparation, we shall deal with the formation of a conducting bridge across the sample and the consequences of the storage of charge at the interfaces.

Résumé
Cet article est le premier d'une série consacrée au comportement de matériaux non métalliques soumis à un champ élevé. Dans le travail présenté ci-dessous, on étudie la variation du courant de conduction avec la valeur de la tension continue (ou TBF) appliquée à un échantillon plan, en tenant compte de la dissipation interne. On discute la répartition de la température, du potentiel et du champ ainsi que la forme des caractéristiques courant-tension en examinant le rôle d'une éventuelle discontinuité de température aux interfaces. On montre qu'une telle discontinuité entraîne l'existence d'une branche à pente négative sur la caractéristique. On en tire quelques conclusions relatives au claquage thermique. On montre que l'existence des gradients de température dans l'épaisseur de l'échantillon provoque une polarisation par charge d'espace, et on calcule l'incrément de permittivité statique qui en découle. Dans les articles en cours de préparation on étudiera les conditions de formation d'un canal conducteur, et les conséquences de l'accumulation de charge aux interfaces.

PACS
7720 - Dielectric permittivity.
7730 - Dielectric polarization and depolarization effects.
7750 - Dielectric breakdown and space charge effects.

Key words
dielectric polarisation -- electric breakdown of solids -- permittivity -- space charge -- thermal breakdown -- intense electric field -- conduction current -- internal heat dissipation -- field distributions -- current voltage characteristics -- temperature profile -- temperature gradients -- electrically stressed samples -- space charge polarization -- static permittivity -- DC voltage -- VLF voltage -- temperature distribution -- voltage distribution -- nonmetallic solid