駐極體中空間電荷新型測量方法研究.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)，或者俘獲了外來電荷，使得在固體材料內部出現(xiàn)了局部的凈電荷，這種電荷就是所謂的空間電荷。我們對固體材料中空間電荷關注的原因主要來自于兩個方面：其一，如果空間電荷能夠在固體材料中長期保持，該固體材料就會帶有極性，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或變化，會引起固體材料內局部電場產生畸變，進一步使固體材料的局部性質發(fā)生變化。為了深入理解固體材料的工作性質和服役特性

2、，需要對固體材料，特別是駐極體材料中空間電荷的存儲機制和分布狀態(tài)進行測量和表征。本文針對這一問題展開如下工作：
　　 第一，對空間電荷的形成機理、表征的意義和現(xiàn)有的空間電荷表征方法及技術進行綜述和評論，總結存在的問題和發(fā)展趨勢。指出對空間電荷的表征可以分成兩個方面：其一是，對電荷陷阱的表征，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、測量方法和實驗技術。熱激電流方法一般用于表征深度為1.5eV以下的淺陷阱。對于該方法，著重研究聚合物駐極體材料熱激電流的特點和分析方法，以及可以代替實驗方法分解復雜熱激電流曲線的模擬計算分解方法，提出利用光照扣除的辦法，對偶極電荷機制和空間電荷機制熱激電流進行分離的實驗方法。利用這些實驗技術和分析方法，對聚酯樣品的熱激電流譜進行測量和分析，實驗結果表明，在聚酯樣品中存在著深度為0.30～0.73

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

5、量歸一化光激電流譜的新概念。實際測試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)，分析電荷陷阱來源。實驗結果表明，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。根據這四種樣品的結構特點推斷，羰基是聚酯和聚酰亞胺樣品中陷阱的可能來源，而聚丙烯和聚乙烯樣品中的陷阱最可能的來源是，聚合過程中催化劑的殘留物。
　　 第三，詳細研究聚乙烯樣品熱激電流與光激電流的關系，發(fā)現(xiàn)熱激電流與光激電流實際上

6、來源于同一陷阱電荷的釋放。根據實驗結果，重新評價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)有測量空間電荷空間分布的方法中，影響空間分辨率的關鍵因素。指出在現(xiàn)有的方法中，得到納米級的電荷測量空間分辨率是不可能的。需要設計出一種基于太赫茲輻射脈沖和電光取樣技術的空間電荷分布測量系統(tǒng)方案，該方案完全使用光學方法，其工作帶寬能夠達到太赫茲