Автореферат (1137320), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались на международной конференции "Радиационная физика твердого тела" ~г, Севастополь, 2013 г.) и на расширенных научных семинарах ~с приглашением специалистов из МГУ и РАН) Учебно-исследовательской лаборатории Функциональной безопасности космических аппаратов и систем МИЭМ НИУ ВШЭ (2014 и 2015 гг.). Публикации Материалы, отражающие основное содержание диссертации, изложены в 6 научных публикациях, в том числе 5 статей в журналах нз перечня ВАК.
Структура н объем диссертации Диссертация состоит нз введения, четырех глав, общих выводов, содержит 99 стр. машинописного текста, включая 25 иллюстраций, 4 таблицы и список цитируемой литературы нз 138 наименований, Основное содержание работы Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы пель и задачи исследований, определены научная новизна н практическая ценность результатов работы, представлены основные положения, выносимые на защиту. В первой главе представлен литературный обзор по современным проблемам транспорта носителей заряда в молекулярно допированных полимерах и бимолекулярной рекомбинации в них.
Рассмотрены основные теоретические модели прыжкового транспорта, включая феноменологическую модель многократного захвата, модифицированную в последнее время для описания пуль-френкелевской зависимости подвижности от электрического поля. Подробно анализируется развитие методологических основ методики времени пролета (оптической и радиационноиндуцированной), включая варианты с объемной генерацией и с регулируемой толщиной зоны генерации, Во второй главе описывается методика испытаний и приготовления образцов МДП с их краткой характеристикой.
Методика испытаний разработана на базе электронно-лучевого агрегата ЭЛА-50, Параметры установки: длительность 7 прямоугольных импульсов излучения от 20 мкс до 1 мс, ток в пучке до 3,0 мА; энергия ускоренных моноэнергетических электронов от -1 до 50 кэВ, Остаточный вакуум в рабочей камере установки, в которой располагается измерительная ячейка, порядка 10~ Па. Использовали одиночные импульсы излучения.
Испытания проведены в токовом режиме регистрации при комнатной температуре. Диаметр коллиматора непосредственно на входе в измерительную ячейку составлял 30 мм. Схема установки показана на рис, 1. Рнс. 1. Блок-схема установки ЭЛА-50: 1 — электронная пушка; 2 — высоковольтный источник питания электронной пушки; 3 — модулятор; 4 — задающий генератор Г5-35; 5 — осциллограф С1-48 Б; 6 — вакуумные электрические разъемы; 7 — диафрагма; 8 — заслонка; 9 — исследуемый образец с напыленными электродами; 10 — цилиндр Фарадея; 11 — вакуумные токовводы„. 12 — рабочая камера; !3 — источник питания; 14 — блок предварительного усиления. В качестве предмета исследования выбраны поликарбонат (ПК), допированный ароматическим гидразоном ДЭГ (дифенилгидразон р-диэтиламинобензальдегида) при массовой доле допанта 10-50% и полнстирол (ПС), допирова нный 'Г1"А (тритолиламином) при массовой доле допанта 6-30%, Исходные пленки полимера приготовлены в лаборатории фирмы "Еазппап Кодак" (США) по принятой там технологии.
Слои полимера толщиной не более 30 мкм наносили на этиленированную фотобумагу. Дальнейшая обработка пленок и измерения проведены в МИЭМ НИУ ВШЭ. Пленку полимера отделяли от фотобумаги, после чего из нее нарезали образцы диаметром 40 мм, на которые термическим распылением в вакууме наносили электроды из алюминия толщиной порядка 50 нм 1диаметр электродов 32 мм). Предложенная методика позволяет реализовать все три разновидности времяпролетного эксперимента: классический, с при поверхностной генерацией носителей заряда 1ВПМ), с объемной (ВПМ-2) и наконец, недавно предложенный, с регулируемой толщиной зоны генерации (ВПМ-1а).
Расчеты температурно-полевой зависимости подвижности и устойчивости горизонтального плато при изменении электрического поля выполнены применительно к методам ВПМ и ВПМ-1а. Изучение роли полимерной матрицы в формировании переходного тока, как и бимолекулярной рекомбинации в МДП, проведено с использованием метода ВПМ-2. Во всех случаях для представления кривых переходного тока использовали логарифмические координаты 1я /-1ф, а время пролета определяли по пересечению асимптот к допролетной и послепролетной ветвям кривых.
На рис. 2 представлены кривые переходного тока, измеренные в чистом и допированном ПС при облучении прямоугольными импульсами электронов с энергией 50 кэВ длительностью 20 мкс (длительность фронтов не более 0,5 мкс, мощность дозы облучения 3,1х10' Гр/с, постоянная времени измерения КС порядка 0,1 мкс). В ПС существует заметная задержанная составляющая РЭ ~кривая 1 на рис. 2). Присутствие молекул ТТА даже в минимальной концентрации (6 мас. %) резко уменьшает ее величину (кривая Я), но что характерно, при этом спад тока резко 0.8 -023 замедляется 1степенной закон спада ~ ' сменяется более мягким 1 ' ). Это обстоятельство имеет решавшее значение, поскольку в чистой полимерной матрице пролет дырок с трудом наблюдается только в очень сильных полях, больших 108 В/м и в тонких 1меньше 12 мкм) пленках.
Пролет дырок в ПС+6% ТТА легко наблюдается в поле 2 10' В/м в пленках толщиной 28 мкм. 7, отн. ед. 10 100 10 1000 Время, мкс Рис. 2, Кривые переходного тока в чистом «1) и допированном ПС при массовой доле ТТА 6% «2), 10% «3) и 30% «4). Электрическом поле 2.10' В/м, Переход к более высокой степени допирования «10 мас. %, кривая 3 на рнс. 2) сопровождается резким ростом задержанной составляющей н дальнейшим замедлением ее спада «1 ' ), что приводит к существенному сокращению времени пролета до 80 мс в поле 2 10 В~м «толщина пленки 20 мкм).
В образцах ПС+30% ТТЛ уже полностью доминирует задержанная составляющая РЭ «кривая 4), а пролет дырок реализуется при временах порядка 100 мкс даже в поле 10' В~м при толщине пленки 30 мкм. ПК обладает очень низкой радиационной электропроводностью, близкой к минимально возможной в твердой фазе и она не оказывает влияния на ход времяпролетных кривых в ПК, допированном ДЭГ. 10 В главе 3 выполнен теоретический анализ полевой зависимости подвижности носителей заряда в МДП с учетом неравновесности транспорта, а также объемной рекомбинации носителей заряда.
Для этого использовали численное решение уравнений модели многократного захвата с гауссовым (ММЗ-г) и экспоненциальным (ММЗ-э) распределением ловушек по энергии при соответствующих начальных условиях (проблема граничных условий решается в каждом конкретном случае отдельно). Концепция транспортного уровня позволяет обосновать возможность описания прыжкового транспорта носителей заряда в МДП в рамках квазизонной модели многократного захвата.
При проведении численных расчетов параметры моделей выбраны так„ чтобы расчетные результаты воспроизводили опубликованные данные для широко исследованного МДП (30% ДЭГ:ПК). При проведении численного анализа использовали одномерное описание классического времяпролетного эксперимента в режиме малого сигнала. Координата х отсчитывается от облучаемого электрода и направлена вглубь полимера нормально к его поверхности. Далее, рекомбинации зарядов отсутствует, а в умеренно сильном электрическом поле (> 10" В/м) пренебрегаем вкладом в регистрируемый сигнал диффузионной компоненты дырочного тока, В этом случае система уравнений принимает следующий вид: Е др/й= (Р / т,)М(Е) ~ М, — ~,рехр(- — ) Р= Р+~рсЖ дР~ й+ ц,РВР /дх= 0 Здесь Р(х, 1) -полная концентрация дырок, а Р(х, г) — их концентрация в проводящем состоянии с подвижностью р, и временем жизни до захвата т, Плотность распределения захваченных дырок описывается функцией р(х,Е,1), где Е> Π— энергия ловушек, а М(Е) — плотность распределения ловушек по энергии при 11 их полной концентрации М,).
Частотный фактор равен ч . И, наконец„ Т вЂ” температура и я' — постоянная Больцмана. Кроме того, начальные условия имеют вид Р0(х,0) = Р(х,О) =о,о(х), где б(х)— дельта-функция. Рассмотрены два типа распределения ловушек по энергии М„ М(Е) = — "ехр( — Е/ Е,) Е, (ММЗ-э) — ехр(-Е' / 2о ) (ММЗ-г) 2 . г где Е, и и параметры распределений. Для ММЗ-э дисперсионный параметр а= ХТ/Е,. Плотность тока равна ( е — элементарный электрический заряд) Использование формулы (6) позволяет обойти необходимость постановки строгих граничных условий на электродах.
Для численного решения системы уравнений использовали метод конечных элементов, реализованный в пакете СОМБО1. Мп16рЬуз(сз, а в случае уравнений с одной пространственной переменной — в ядре пакета Ма11аЬ. В качестве вычислительной машины использовали кластерный компьютер НИУ ВШЭ. Время расчета одного варианта занимало в среднем 40 минут, Для получения полевой зависимости подвижности типа Пула-Френкеля тА/з и сс ех)эф .г*„) при постоянной температуре необходимо ввести соответствующую полевую зависимость частотного фактора Принято, что ~3„.= 0,39 (В/мкм) "~ = 3,9.10 '(В/и) '~. Кроме того, а = 10'~ м ' (режим малого сигнала).
Все расчеты относятся к температуре 290 К ( яУ'= 0,025 эВ). В условиях квазиравновесия подобный выбор обеспечит ПФ-эффект с указанным выше значением ~)„, поскольку квазиравновесная подвижность пропорциональна ч~ (остальные параметры предполагаются независящими от паля). В случае ММЗ-э ситуация усложняется, так как для этого типа модели квазиравновесная подвижность никогда не достигается, поскольку р -+ О при 1-+со, Тем не менее, и в этом случае можно ожидать сильной полевой зависимости подвижности, но уже в режиме неравновесного транспорта. Расчеты проведены для трех моделей с параметрами, приведенными в таблице 1.
Таблица 1. Параметры теоретических моделей (Т=290К, толщина слоя 20 мкм). На рис. 3 полевые зависимости подвижности представлены в ПФ-координатах 1~у-Р,", в которых зависимость рссехрфф') в области полей, превышающих 910~ В/м„спрямляется с наклоном р=И1др/сУ1",~. Однако как следует из рис. 3 значения р для всех кривых (0,52 для ММЗ-3 и 0,7 (В/мкм) "~ для ММЗ-1 и ММЗ-2) значительно больше принятого значения р „.= 0,39 (В/мкм) "~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
