駐極體中空間電荷新型測(cè)量方法研究.pdf

1、固體材料在某些因素的作用下，改變了自身電荷的分布狀態(tài)，或者俘獲了外來(lái)電荷，使得在固體材料內(nèi)部出現(xiàn)了局部的凈電荷，這種電荷就是所謂的空間電荷。我們對(duì)固體材料中空間電荷關(guān)注的原因主要來(lái)自于兩個(gè)方面：其一，如果空間電荷能夠在固體材料中長(zhǎng)期保持，該固體材料就會(huì)帶有極性，這就形成了所謂的駐極體材料；其二，空間電荷在固體材料中的存儲(chǔ)或變化，會(huì)引起固體材料內(nèi)局部電場(chǎng)產(chǎn)生畸變，進(jìn)一步使固體材料的局部性質(zhì)發(fā)生變化。為了深入理解固體材料的工作性質(zhì)和服役特性

2、，需要對(duì)固體材料，特別是駐極體材料中空間電荷的存儲(chǔ)機(jī)制和分布狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量和表征。本文針對(duì)這一問題展開如下工作：
　　 第一，對(duì)空間電荷的形成機(jī)理、表征的意義和現(xiàn)有的空間電荷表征方法及技術(shù)進(jìn)行綜述和評(píng)論，總結(jié)存在的問題和發(fā)展趨勢(shì)。指出對(duì)空間電荷的表征可以分成兩個(gè)方面：其一是，對(duì)電荷陷阱的表征，表征陷阱特性最重要的參數(shù)是陷阱深度；其二是，對(duì)電荷分布的表征，包括電荷在材料中的位置和數(shù)量。
　　 第二，詳細(xì)描述用于表征電荷陷阱的

3、熱激電流與光激放電（光激電流）方法的原理、測(cè)量方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。熱激電流方法一般用于表征深度為1.5eV以下的淺陷阱。對(duì)于該方法，著重研究聚合物駐極體材料熱激電流的特點(diǎn)和分析方法，以及可以代替實(shí)驗(yàn)方法分解復(fù)雜熱激電流曲線的模擬計(jì)算分解方法，提出利用光照扣除的辦法，對(duì)偶極電荷機(jī)制和空間電荷機(jī)制熱激電流進(jìn)行分離的實(shí)驗(yàn)方法。利用這些實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析方法，對(duì)聚酯樣品的熱激電流譜進(jìn)行測(cè)量和分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在聚酯樣品中存在著深度為0.30～0.73

4、eV之間的準(zhǔn)連續(xù)分布陷阱能級(jí)。
　　 光激電流方法一般用于表征深度在3eV以上的深陷阱。針對(duì)傳統(tǒng)激發(fā)光源的缺點(diǎn)，首次利用光參量振蕩器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種波長(zhǎng)可以線性變化的激光激發(fā)光源用于光激電流譜測(cè)量系統(tǒng)，徹底解決了傳統(tǒng)激發(fā)光源激發(fā)光強(qiáng)弱的問題，從而使光激電流方法成為實(shí)用化的實(shí)驗(yàn)方法。設(shè)計(jì)和研制基于新型激發(fā)光源的光激電流測(cè)量系統(tǒng)，并全面研究其工作特性。針對(duì)激光器在不同的波長(zhǎng)上輸出能量并不相同的實(shí)際問題，提出進(jìn)行能量校正的方法，定義能

5、量歸一化光激電流譜的新概念。實(shí)際測(cè)試4種典型聚合物駐極體材料的光激電流譜，得到其電荷陷阱參數(shù)，分析電荷陷阱來(lái)源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚酯和聚酰亞胺樣品中都具有約4eV的深陷阱，而聚丙烯和聚乙烯樣品中的陷阱更深。根據(jù)這四種樣品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)推斷，羰基是聚酯和聚酰亞胺樣品中陷阱的可能來(lái)源，而聚丙烯和聚乙烯樣品中的陷阱最可能的來(lái)源是，聚合過(guò)程中催化劑的殘留物。
　　 第三，詳細(xì)研究聚乙烯樣品熱激電流與光激電流的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)熱激電流與光激電流實(shí)際上

6、來(lái)源于同一陷阱電荷的釋放。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，重新評(píng)價(jià)熱激電流與光激電流方法的優(yōu)劣。指出熱激電流表征的陷阱深度被嚴(yán)重低估了，光激電流是表征聚合物駐極體材料中電荷陷阱的有效方法。
　　 第四，分析現(xiàn)有測(cè)量空間電荷空間分布的方法中，影響空間分辨率的關(guān)鍵因素。指出在現(xiàn)有的方法中，得到納米級(jí)的電荷測(cè)量空間分辨率是不可能的。需要設(shè)計(jì)出一種基于太赫茲輻射脈沖和電光取樣技術(shù)的空間電荷分布測(cè)量系統(tǒng)方案，該方案完全使用光學(xué)方法，其工作帶寬能夠達(dá)到太赫茲