Влияние барьерного разряда на электрофизические свойства полиимидных пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
?рируется при равенстве нулю переменного сигнала на сопротивлении, включенном последовательно в цепь. Параметры q и Uэ связаны с величинами U0 и Uh следующими соотношениями:
, ,(1.14)
где ? - зазор между неподвижным электродом и электретом. Если имеет место только остаточная поляризация Рs = const и в электрете нет зарядов, то
, , . (1.15)
Если остаточная поляризация Рs = 0, а в образце имеется захваченный на ловушки объемный заряд ?=f(х), то параметры q и Uэ могут быть выражены в виде:
, . (1.16)
Кинетика релаксации заряда в полимерах характеризуется временными зависимостями электретной разности потенциала Uэ=f(t), суммарного заряда в раiете на единицу площади q(t) и тока разрядки I(t).
Обычно величина Uэ уменьшается с течением времени, а зависимость Uэ=f(t) описывается спадающей кривой. Стабильность электретного состояния определяется природой диэлектрика, его электрическими характеристиками (прежде всего величиной ?), способом зарядки и условиями хранения. Чем меньше ?, тем более высокой стабильностью обладают электреты. Так, стабильность пленочных полимерных электретов увеличивается при переходе от ПЭ к ПЭТФ, а затем к ПК и ПП (рис. 1.26) [118]. Существенным фактором, определяющим стабильность пленочных полимерных электретов, является влажность окружающей среды. В условиях повышенной влажности (95-98%) ?S полимерных пленок возрастает и резко уменьшается время релаксации гомозаряда в пленках.
Скорость релаксации заряда на начальном участке зависимости Uэ=f(t) увеличивается с увеличением начального значения электретной разности потенциала, т.е. с увеличением напряженности электрического поля в электрете. На скорость релаксации заряда влияют и условия контакта электрета с электродами.
Рис. 1.26. Зависимость Uэ=f(t) электретов, изготовленных из различных полимерных пленок [118]
Если электроды из мягкой свинцовой фольги плотно прижаты к диэлектрику, то полная разрядка электретов с гомозарядом при замыкании электродов накоротко завершается даже при комнатной температуре за 2-3 суток. При этом направление тока разрядки соответствует движению носителей заряда в приэлектродных слоях. Если же между электретом и электродом поместить изолирующую прокладку, то разрядка происходит за гораздо более длительное время (сотни суток), а направление тока разрядки соответствует движению зарядов через толщу образца.
При повышенной температуре в изотермических условиях процесс релаксации заряда существенно ускоряется. При этом изучаются временные зависимости Uэ(t), q(t) или I(t). В качестве ускоренного метода изучения процессов релаксации заряда широко применяется метод термостимулированной деполяризации (ТСД). В этом случае разрядка электрета производится в неизотермических условиях при нагреве образца с постоянной скоростью ?. В процессе нагрева закороченного образца с замкнутыми на измерительный прибор электродами измеряется ток термостимулированной деполяризации IТСД, а при разомкнутых электродах - термостимулированное напряжение UТСН, характеризующее спадание Uэ в процессе нагрева [118].
Анализ зависимостей IТСД=f(T) и UТСН=f(T) позволяет анализировать механизм релаксации заряда и оценивать стабильность электретов.
Метод ТСД нашел широкое применение при исследовании электрофизических явлений в полупроводниках и диэлектриках [116-120, 125-135].
В спектрах токов ТСД можно наблюдать один или несколько максимумов, положение которых обусловлено химической природой полимера, способом зарядки и характером контакта электрета с электродом. Природа максимумов токов ТСД может быть обусловлена различными релаксационными процессами [116]. В спектре ТСД могут быть пики, связанные с освобождением и дрейфом носителей, захваченных на ловушки в полимере. При этом по кривым токов ТСД расiитывают энергию ловушек или функцию распределения ловушек по энергии [126]. Существенную роль в процессе релаксации заряда может играть собственная проводимость диэлектрика [119].
Форма кривых IТСД=f(T) полимерных электретов зависит от характера контакта с электродами [118]. При плотном контакте носители преимущественно движутся через тонкие приэлектродные слои к электродам. Максимум тока в этом случае наблюдается в области более низких температур. При неплотном контакте направление тока изменяется, что соответствует движению носителей через среднюю часть электрета, а максимум тока смещается в сторону более высоких температур.
Способы обработки кривых токов ТСД зависят от предположений о механизме релаксации зарядов [118, 120,125-135].
Приближенные аналитические выражения токов термостимулированной деполяризации позволяют установить связь между параметрами релаксационных процессов и положением, величиной, а также формой соответствующего пика термостимулированного тока. Указанная связь лежит в основе целого набора способов обработки экспериментальных данных термоактивационной спектроскопии, которые обстоятельно рассмотрены в [126].
Теоретический анализ максимумов токов ТСД может быть выполнен с учетом простых предположений [118]:
экспоненциальный спад электретной разности потенциалов Uэ со временем
;(1.17)
экспоненциальная зависимость времени релаксации ? от температуры
;(1.18)
контакты обладают блокирующими свойствами - отсутствует обмен носителями заряда между диэлектриком и электродами. В этом случае сила тока I во внешней цепи определяется изменением индуц