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一種用來(lái)評(píng)估Ni-MLCC中氧空位的測(cè)試技術(shù)-熱刺激電流(TSC)
來(lái)源: 時(shí)間:2023-11-20 12:01:41 瀏覽:2964次
 

   在Ni-MLCC中一個(gè)不可避免的話題就是氧空位的存在, 這里介紹一種利用熱刺激電流( Thermally Stimulated Current,TSC )來(lái)測(cè)量評(píng)價(jià)氧缺陷的方法。

       TSC是一種運(yùn)用宏觀的物理方法(通過(guò)熱激發(fā)引起的電流現(xiàn)象)來(lái)研究固體電介質(zhì)內(nèi)部微觀特性的重要實(shí)驗(yàn)手段。在固體電介質(zhì)材料中,存在著一些固有的缺陷,如雜質(zhì)、晶格缺陷、空位等。這些缺陷可以在材料中形成能級(jí),稱為缺陷能級(jí)。當(dāng)固體電介質(zhì)材料受熱后,這些缺陷能級(jí)中的電子會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶中,形成電流。1964 年,C. Bucci 與 R. Fieschi首先提出了用于分析偶極極化過(guò)程的完整TSC理論,并研究分析了離子晶體結(jié)構(gòu)缺陷(空位、填隙等)引起TSC的原因。目前熱刺激電流方法(TSC)已被廣泛應(yīng)用于研究固體電介質(zhì)的陷阱參數(shù)和偶極馳豫參數(shù),是研究固體電介質(zhì)中陷阱特性的有效手段。

      熱刺激電流的形成主要可分為兩大類,一類是由偶極子引起,另一類是由缺陷電子引起。無(wú)論是偶極解取向過(guò)程還是載流子退陷阱過(guò)程,都可以看作是一種廣義的松弛過(guò)程,均可采用熱激過(guò)程的一般動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述。 熱激過(guò)程的一般動(dòng)力學(xué)方程為:


上式中 I為熱釋放強(qiáng)度,可與熱發(fā)光強(qiáng)度或熱激電流強(qiáng)度相對(duì)應(yīng);n是載流子濃度;n0是t=0時(shí)刻,陷阱中的載流子濃度;s為頻率因子1 /τ ;k為波爾茲曼常數(shù);T是絕對(duì)溫度;E為活化能;b為動(dòng)力學(xué)級(jí)數(shù)。

      根據(jù)熱刺激電流的測(cè)試階段,熱刺激電流法可分為熱刺激極化電流(TSPC: Thermally  Stimulated  Palarization-Currents)法和熱刺激退極化電流(TSDC: Thermally  Stimulated  Depolarization-Currents)法。TSC 測(cè)試系統(tǒng)主要分為五個(gè)部分:①直流極化模塊;②極化電流測(cè)量系統(tǒng);③溫控系統(tǒng);④真空系統(tǒng)以及⑤電流和溫度實(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)。

      實(shí)例1為2類材質(zhì)的Ni-MLCC的TSC測(cè)試。TSC譜中顯示有2個(gè)峰,第1個(gè)α峰對(duì)應(yīng)的是晶粒內(nèi)氧空位的遷移,第2個(gè)β峰對(duì)應(yīng)的是由越過(guò)晶界遷移到電極界面的氧空位引起的空間電荷極化,而且隨著極化時(shí)間的增加,第2個(gè)β峰測(cè)試到的電流越大。
      

      實(shí)例1  (a)測(cè)試條件

      實(shí)例1 (b)測(cè)試數(shù)據(jù)

      實(shí)例2為2類材質(zhì)的Ni-MLCC的另外一個(gè)TSC測(cè)試。首先在130°C的極化溫度下,用25 V/μm的直流電場(chǎng)對(duì)樣品進(jìn)行極化,持續(xù)一組周期(1hr至10hr);極化后,電極短路5分鐘,以便用短的弛豫時(shí)間去極化一些極化。此后,樣品被以5°C/min的恒定速率加熱,以測(cè)試得到TSC譜。TSC譜中顯示也有2個(gè)峰。

實(shí)例2  TSC測(cè)試數(shù)據(jù)

     目前TSC測(cè)試的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有以下3個(gè),感興趣的達(dá)人可自行探究:

(1)JIS1731-1994《塑料薄膜熱強(qiáng)化電流的測(cè)試方法プラスチックフィルムの熱刺激電流試験方法 》;

(2)IEC TS 62067-8-1-2020《納米制造.關(guān)鍵控制特性.第8-1部分:納米金屬氧化物界面器件.用熱刺激電流測(cè)定缺陷狀態(tài)的試驗(yàn)方法》;

(3)IEC TS 62067-8-2-2021《納米制造關(guān)鍵控制特性第8-2部分:納米金屬氧化物界面器件熱激去極化電流極化特性的試驗(yàn)方法》。


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