Автореферат (1137369), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Материалы, отражающие основное содержание диссертации,изложены в 16 научных публикациях, в том числе в 8 журналах из перечня ВАК.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырехглав, общих выводов. Содержит 83 страниц машинописного текста, включая32 иллюстрации, 2 таблицы и списка цитируемой литературы из 88 наименований.7Основное содержание работыВо введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачиисследований, определены научная новизна и практическая ценность результатовработы, приведены основные положения, выносимые на защиту.В первой главе представлен литературный обзор по современнымпроблемам транспорта носителей заряда в молекулярно допированных полимерах.Рассмотрены основные теоретические модели прыжкового транспорта, включаяфеноменологическую модель многократного захвата, модифицированную впоследнее время для описания пуль-френкелевской зависимости подвижности отэлектрического поля.
Подробно проанализировано развитие методологическихоснов методики времени пролета (оптической и радиационно-индуцированной),включая варианты с объемной генерацией носителей заряда и с регулируемойтолщиной зоны генерации.Во второй главе описана методика испытаний и приготовления образцовМДПсихкраткойхарактеристикой,атакжепредварительныеэкспериментальные результатыМетодика испытаний разработана на базе электронно-лучевого агрегатаЭЛА-50.Параметрыустановки:длительностьпрямоугольныхимпульсовизлучения от 20 мкс до 1 мс; ток в пучке до 3,0 мА; энергия ускоренныхмоноэнергетических электронов от ~1 до 50 кэВ. Остаточный вакуум в рабочейкамере установки, в которой располагается измерительная ячейка, порядка 10 -2 Па.Использовали одиночные импульсы излучения. Кроме того, испытания проведеныв токовом режиме регистрации при комнатной температуре.
Диаметр коллиматоранепосредственно на входе в измерительную ячейку составлял 30 мм. Схемаустановки показана на рис. 1.Компьютерная измерительная система позволяла выводить на принтеррегистрируемые кривые и сохранять их в памяти компьютера. Основукомпьютерной измерительной системы составляет специальный внешний модуль,8являющийся современным универсальным устройством для ввода, вывода иобработки аналоговой и цифровой информации наперсональных IBM PCсовместимых компьютерах. Частота работы 14-битногого аналого-цифровогопреобразователя – 400 кГц. Кривая переходного тока фиксируется в интервале от2,5 мкс до 10 (или 40) с.Рис. 1. Блок-схема установки ЭЛА-50: 1 – электронная пушка; 2 –высоковольтный источник питания электронной пушки; 3 – модулятор; 4 –задающий генератор Г5-35; 5 – осциллограф С1-48Б; 6 – вакуумныеэлектрические разъемы; 7 – диафрагма; 8 – заслонка; 9 – исследуемый образец снапыленными электродами; 10 – цилиндр Фарадея; 11 – вакуумные токовводы;12 – рабочая камера; 13 – источник питания; 14 – блок предварительногоусиления.Модуль, как и почти любую полупроводниковую схему, необходимо былозащищать от выхода из строя из-за возможных значительных перегрузок понапряжению (до 1–2 кВ), которые возникают при несанкционированных пробояхполимерных образцов.
В качестве такой защиты в измерительном трактеиспользован защитный TVS-диод, расположенный в блоке предусилителя.9Для проведения испытаний выбраны два широко исследованных МДП, аименно поликарбонат (ПК), допированный ароматическим гидразоном ДЭШ(дифенилгидразон p-диэтиламинобензальдегида) или ТТА (тритолиламином). Вобоих случаяхмассовая доля допанта составляла 30% (в дальнейшем30% ДЭШ:ПК и 30% ТТА:ПК, соответственно). Исходные пленки полимераприготовлены в лаборатории фирмы “Eastman Kodak” (США) по принятой тамтехнологии. Слои полимера толщиной не более 30 мкм наносили наэтиленированную фотобумагу.
Дальнейшие обработка пленок и времяпролетныеизмерения проведены в МИЭМ НИУ ВШЭ. Пленку полимера отделяли отфотобумаги, после чего из нее нарезали образцы диаметром 40 мм, на которыетермическим распылением в вакууме наносили электроды из алюминия толщинойпорядка 40 нм (диаметр электродов 32 мм). Таким образом, удалось получитьсвободные пленки МДП и впервые провести времяпролетные измерения на них,облучая пленки с обеих сторон как находившейся в контакте с подложкой(внутренняя сторона), так и обращенной на воздух (внешняя сторона).Предложенная методика позволяет реализовать все три разновидностивремяпролетного эксперимента: классический, с приповерхностной генерациейносителей заряда (ВПМ), с объемной (ВПМ-2) и, наконец, недавно предложенный,с регулируемой толщиной зоны генерации носителей заряда (ВПМ-1а).Предположено, что все три варианта используют режим малого сигнала дляминимизациивозможныхнелинейныхэффектовНаибольшийинтереспредставляют данные для двух последних вариантов методики, и, в особенности,третьего варианта, позволяющего получать исходные времяпролетные кривые сплоским плато.
В этом случае обеспечивается наибольшая чувствительностьизмерений и одновременно оказывается возможным работать с времяпролетнымикривыми, столь привычными для исследователей, использующих оптическийметод времени пролета.10Введение заряженных центров в пленку МДП осуществляли облучениемобразца с приложенным напряжением (поле в исходном образце 2·107 В/м) сериейстандартных импульсов электронов с энергией 50 кэВ и плотностью тока0,42·10-4 мкА/м2 для обеспечения режима малого сигнала. При толщине пленокМДП, не превышающей 25 мкм, и максимальном пробеге электронов порядка 40мкм облучение носит объемный характер.
В дальнейшем рассмотрении онопринимается однородным.Основная идея метода состоит в том, что подвижные носители заряда (внашем случае дырки) за очень короткое время (порядка нескольких временпролета) покинут образец, оставив после себя неподвижные (локализованные)электроны, распределенные равномерно по объему образца. После наборатребуемого количества импульсов проводится контрольный эксперимент сиспользованием одной из трех разновидностей радиационно-индуцированногометода времени пролета в режиме малого сигнала.Средняя по объему концентрация заряженных центров, генерируемых заодин стандартный импульс излучения, составляет приблизительно 5·1018 м-3.
Приэтом, отношение поверхностной плотности заряженных центров N для образцатолщиной 20 мкм к плотности поверхностного заряда на электродах p = 0,03,подтверждая тот факт, что введение заряженных центров осуществляется врежиме малого сигнала. Максимальное число таких импульсов составляло 50, такчто без учета рекомбинационных потерь происходило накопление объемныхзарядов с параметром накопления заряженных центров = 1,5. Здесь важно тообстоятельство, что для устранения последствий предыдущих измеренийдостаточно выдержать испытанный образец на воздухе при температуре 65 ºС втечение 40 мин.11Рис.
2. Переходной ток в образце 30% ДЭШ:ПК с приложенным к немунапряжением: 1 – переходной ток при отсутствии накопленной дозы (энергияпадающих электронов специально подобрана для образования на времяпролетнойкривой плато), 2 – переходной ток после предварительного облучения, 3 –теоретическая кривая переходного тока, рассчитанная на основе модели РоузаФаулера-Вайсберга(приучететолькорадиационно-химическогоаспектарадиолиза).Так же во второй главе представлены предварительные экспериментальныерезультаты, полученные на образцах 30% ДЭШ:ПК по зависимости подвижностидырок от температуры, концентрации молекул добавки и их дипольного момента,подтвердившие сообщаемые в литературе данные. Независимость подвижностиносителей заряда от толщины образца не получила однозначного подтверждения.В ходе проведения предварительных исследований впервые обнаружен эффектаномального влияния объемного облучения образца МДП с приложенным к нему12напряжением на времяпролетные кривые (рис.
2). Необычность эффекта состоит вувеличении сигнала при коротких временах, хотя согласно радиационнохимическим представлениям он должен уменьшаться с дозой облучения во всемвременном интервале и тем сильнее, чем больше доза. Первоначальноисследовался даже вопрос о радиационном модифицировании МДП, но малыедозы облучения (до 5 Гр), фигурирующие в этом эффекте, заставили отказаться отэтой идеи. Было обращено внимание на то, что при постановке подобногоэксперимента без приложенного к образцу напряжения аномальный эффект почтине наблюдается (рис. 3)Рис.
3. Времяпролетные кривые, зарегистрированные в исходном образце30% ДЭШ:ПК (1), облученном с приложенным к образцу напряжением (2) и приего отсутствии (3).Предварительный анализ показал, что за наблюдаемый эффект ответственнынеподвижные (локализованные) электроны, остающиеся в объеме образца послевыхода подвижных дырок на вытягивающий электрод. Поле объемного зарядатаково, что оно увеличивает поле у анода, где расположена узкая зона генерации13носителей заряда, и уменьшает его у вытягивающего электрода (катода).Увеличение поля у анода и приводит к росту тока на коротких временах. Из рис.
2и 3 видно так же, что времяпролетная кривая в результате накопления электроновпретерпевает существенное изменение своей формы, превращаясь из кривой сплоским плато, что характерно и для квазиравновесного транспорта, в монотонноспадающуюкривую(неравновесного)типатранспорта.гиперболы,Такимтипичнуюобразом,придлядисперсионногоразработкефизико-математической модели влияния заряженных центров на времяпролетные кривыенеобходимо явно учитывать поле объемного заряда.В случае однородного распределения заряженных центров пространственнаязависимость напряженности электрического поля описывается формулойF ( x) F0 1 0,5 x / L .(1)При = 1 поле на аноде ( x = 0) возрастает в 1,5 раза по сравнению с исходным, а накатоде ( x L ), наоборот, снижается в два раза.
При = 2 поле на катодеобращается в нуль.Для учета влияния рекомбинации на заряженных центрах при выполненииконтрольных измерений принято, что она является мономолекулярной и всоответствии с механизмом Ланжевена характерное время рекомбинации даетсяследующей формулой a (krL N ) 1 ,(2)где krL (e / 0 ) 0 , e элементарный электрический заряд, – относительнаядиэлектрическая проницаемость полимера, 0 – электрическая постоянная, 0 микроскопическая подвижность дырок, а N 1,7·1020· м-3 концентрациянакопленных в результате предварительного облучения заряженных центров,которая, как правило, много больше концентрации генерированных за импульсэлектронов и дырок.14В главе 3 изложена физико-математическая модель влияния заряженныхцентров на транспорт носителей заряда в МДП.
При разработке физикоматематической модели сделан упор на уже существующую модель двухслойногополимера с гауссовым распределением ловушек по энергии (ММЗ-г), стартовыепараметры которой для объема определены из формализма дипольногобеспорядка с последующей корректировкой по результатам контрольныхиспытаний при объемном облучении. Параметры модели для дефектных слоевопределены из независимых измерений по методу ВПМ-1а при получении платона времяпролетной кривой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
