Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 167
Текст из файла (страница 167)
598 Электреты (равд. 24) Анодоэлектреты Электризация анодных оксидных пленок в процессе анодирования металлов Хемозлеьтреты Электриаация в электрическом поле в процессе химических превращений, например, в процессе полимеризации Если бы величины эффективных поверх- рассогласования упомянутых выше двух поиостных плотностей зарядов электретов апре- тенциалов. Для этого создается слабая вибрадехяла электрическая прочность Еы электри- ция измерительного зонда под действием автозуемьж диэлектриков, то, например, электреты намного источника переменного электричеиз пленок ПТФЭ толщиной 12, 5 и!00 мкм (их ского напряжения. Е„р состзвляк:т 2,2. 10 и 1,3.!0з В ° и 'г имела При измерении (г, электретов, не имеющих бы о,=4 10 ' и 2,4 10 ' Кл.м ' соответ- металлизации на обеих электрязованных поственно.
В действительности, значения а, и (), верхностях, необходимо учитывать падение меньше. Ограничения налагаются электриче- напряжения иа воздушном зазоре 1ь в случае, ской прочностью среды, значениями предель- когда ~а<! чь (от! ных поверхностных плотностей зарндоа аюи и предельных поверхностных потенциалов (),„р, (), = — () =а, (т/зазт+(о|+от)Цзаат) . о которых упоминалось выше.
24.3. ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРЕТОВ И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Рис. 24.11. Схема измерения поверхностного потенциала электрета методом вибрирующего электрода с компенсацией 1 — иеаадзнжвый электрод; 2 — злектрст; 5 -- измерительный электрод; 4 — источник кампевсируюжсга напряжения, подаваемого вз измерительный электрод; 5 — индикатор персменнага сигнала рассагласаззивя. 0, ч й — емкость и сопротивление, развязызаюшис ясак нстачнвка компенсирующего взвряженвз а ивдвка- тора Измерение поверхностного потенциала. Наиболее часто используют методы, позволяющие непосредственно измерить поверхностный потенциал электрега.
Наилучшими считаются 'компенсационные методы, поскольку их отличают два преимушества: измерительный электрод (рис. 24.11) не контактирует с поверхностью электрета, что исключает утечку заряда через измерительную цепь или появление разрядов при разрыве контакта электрет — электрод. На измерительный электрод подается потенциал, равный потенциалу поверхности электрета, что исклк>чает пробой в воздушном зазоре, обеспечивает независимость результатов измерений при изменении в определенных пределах расстояния измерительного элентрода (зонда) от поверхности образца.
По потенциалу (I на зонде судят о поверхностном потенциале электрета (/,. Совпадение значений этих величин оценивается путем анализа переменного сигнала, индуцированного на измерительном зонде при Эта методика измерения поверхностного потенциала хорошо поддастся автоматизации. Измерение параметров электретов мета. дамм термостммулнрова«ной разрядки (ТСР).
Эти методы используют как для оценок стабильности зарядов электретов при повышенных температурах, так и для определения микроскопических диэлектрических параметров, таких, как энергетическая глубина ловушек захвнта, подвижность носителей заряда, частотный фактор и др. Возможными механизмами ТСР являются: освобождение с ловушек и дрейф избыточных носителей, ограниченный ими же создаваемым пространственным зарядом (ОПЗ- дрейф); релаксация поляризации (например, разориентация диполсй]; нейтрализация избыточнога заряда из-за равновесной, омической проводимости и др. В процессе ТСР можно регистрировать либо ток термостимулированной разрядки во внешней цепи (ТТСР), либо поверхностный потенциал термостимулированной разрядки (ПТСР) электрета (табл. 24.1). [3 24Л) (уараиетры Таблица 24.1.
Методика ТСР Вид электродов Измеряемая вели- чина неблокирующие блокирующие Напряжение ТТСР (большая эффективность при измерении днпольной релаксации) Ток том от поверхности инжекцни в направлении, перпендикулярном к ней; В в толщина электрета; Ес — напряженность электрического поля; и — коэффициент, характеризующий отношение свободного заряда к захваченному глубокими ловушками в начале релаксации. Исходя из выражений для плотностей тока проводимости и полного тока, уравнений Пуассона, непрерывности, уравнения, характеризующего высвобождение носителей заряда с глубоких ловушек, на участке медленного спада (/., где происходит только высвобождение носителей с глубоких ловушек и нх дрейф через обьем образца, и когда тш(а+1,+ со), уравнение (24.7) представляется в виде; +е(1, т)~.
где т — Н(с(мАН(и+1)) ' — безразмерный, а Н вЂ” размерный факторы глубоких ловушек, е = Ес(АН (а+1)) Подчеркнем, по на участке медленного спада временная зависимость поверхностного потенциала элекгрета имеет явно неэкспоиенциальный характер. Путем сопоставления расчетной н экспериментальной зависимостей поверхностного потенциала от времени можно определить коэффициенты и, т, .с/т. Далее можно рассчитать эффективную дрейфовую подвижность И=т(гг/(тН(0)), где У (О) — начальный поверхностный потенциал электрета, и определить другие параметры электрета. Чтобы различить разные механизмы релаксации электретного эффекта в одном диэлектрике, более успешно применяется не. изстермический нагрев.
Это возможно благодаря разным зависимостям процессов релаксации от температуры и скорости нагрева. В качестве примера рассматривается метод ТТСР при наличии дипольной релаксации н дрейфа избыточного заряда (рис. 24.12). Наиболее распространенные методы расчета параметров релаксаиии по кривым ТТСР Ток во внешней цепи далеко не всегда отражает первоначально накопленный в электрете варка. Согласно оценкам Д.
В. Турнхоута эффективность исследования различных механизмов количественно можно охарактеризовать следующим образом: примерно 100 о/' для дипольной релаксации, 0...15 о/' для дрейфа ОПЗ, 25...50 огй для релаксации избыточного заряда в моноэлектретах„50...100 95 для диффузии в гетероэлектрегах и 0...100 эА при учете эффекта Максвелла — Вагнера (в зависимости от размеров неоднородностей). Для электродов с бесконечно малым зазором по сравнению с толщиной эле«трета, что, однако, трудно реализовать у электретов из тонких полимерных пленок, все механизмы теоретически могут быть обнаружены с эффек.тивностью, равной 100 ~.
Для исследования релаксации заряда конкретного вида, например, инжектированного гомозаряда, обычно используются изотермические процессы при повышенной температуре, учитывается перезахват носителей заряда мелкими ловушками и процесс высвобождения носителей, захваченных глубокими ловушками.
Временные зависимости приведенного (нормализованного) поверхностного потенциала записываются в виде." (/(т) = Н,(с) /Н,(0); (24.7) Н,(т)=)Ет(х, т)с(х. (24.8) При этом безразмерное время т выражается через размерное время т таким образом, что т= 1 соответствует времени пролета носителей через образец. Тогда т = (24.9) (с где М вЂ” эффективная дрейфовая подвижность, с помощью которой учитывается быстрый пере- захват мелкими ловушками; А — коэффициент, количественно характеризующий инжектированный заряд; Н вЂ” толщина припоаерхностного слоя, в который инжектирован зарид в момент времени г=О; 1/„ — поверхнсстный потенциал; к — координата с отсче- ПТСР, термостимулированный потенциал восстановления (ТСПВ) ТТСР (может быть эффективным для всех видов разрядки) [равд.
24] Электреты Тпблляы 24.2. Параметры, входящие в уравнение Чема Второй порядок Первый порядок Высокотемвературиая пслуширнаа пика Низкотемпе- ратурная полуширина пика Высокогемпературная Общая палуполуширина ширака пика инка Низкстемпе. ратурная полушнрина пика Параметр Общая полу- ширина пика 2,52 1 3,54 ! 1,81 2 1,5! 1,58 0,98 0 1,71 0 значения температуры максимума пика ТТСР, полуширины пиков низкотемпературного и высокотемпературного максимума, значение' смещения пиков по шкале температуры при изменении скорости нагрева.
Р. Чен предложил достаточно общую и точную формулу для определения одного из наиболее важных параметров, энергетической глубины ловушек (Рл (Р,=С(АТз/а) — и(2ЬТ ), (24.10) а) )гам Рис. 24.12. Схематическое иэображение механизмов ТСР и ТСТР с контактами: о — неблокирующими; б — частично блокирующими; а — блокирующими предполагают постоянную скорость изменения температуры Т.=-Т„+Ьт, где Тз — начальная температура (температура окружающей среды); Ь=г(Т/г(т — скорость нагрева. Как правило, релаксация гегерозаряда предшествует релаксации гомозаряда. Как видно из рис.
24.12, одинаковые механизмы ТСР могут вызывать токи во внешней цепи, направленные противоположнодругдругу, и наоборот. Таким образом, при росте температуры происходит активация различных механизмов ТСР. Метод ТТСР в высокоомных диэлектриках, даже при плотном контакте электрода с обеими поверхностями образца, сводится к рассмотрению частично блокирующих электродов вследствие значительной емкостной связи между соседними слоями электрета в сравнении с проводимостью. Для определения микроскопических параметров электретов, таких, как подвижность носителей заряда, энергетическая глубина и сечение захвата ловушек, глубина проникновения инжектированного заряда, время жизни носителей заряда на ловушках, предложено много подходов: в частности, используются где Ь вЂ” постоянная Больцмана; Т вЂ” температура максимального значения тока пика; о — скорость нагрева.
Остальные параметры уравнения (24.10) приведены в табл. 24.2. Приближенно глубина ловушек может быть определена по формуле УТ,„=-2,29ЬТ~ /ы. Наиболее точный метод для различения нескольких наложенных друг нв друга пиков предложен Гарликом и Гибсоном: предполагается, что в начальный момент времени все ловушки заполнены и перезахвата нет; возрастание тока ! низкотемпературиой части пика пропорционально ехр ] — йг/(АТ) ) При Т(Т (з 24.4) Приборы и устройства на электрвгах )п!=А — %',/(АТ), где А — постоянная. Для оценки глубины прониквовения ннжектироваииого заряда сравниваются 126 и в электризованных и неэлектриэованных образцов. С другой стороны, если предположить, что вблизи поверхности электрета происходит захват носителей заряда одного анана и не учитывать поляризацию, то глубина проникновения заряда 6 может быть определена по формуле: 2Й Я/5) о,+ Я/Я где (т, 5 — толшина и площадь поверхности образца; 9= ~ Цт)г(т — полный освобождено иый Ори ТСР заряд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
