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1、第null 期null 月哈尔滨电工学院学报null nullnull null null null ! nullnull null null null nullnullnull null null摊nullnullnull null 高电场下电介质电导雷 清 泉null绝缘技术教研室null摘 要确定电介质的电导机理, 必须测定电导率和时间、 温度似及场强的关系。本文主要讨论电介质稳态电导和场强的关系 , 阐明一些 作者为对 null null null null 一null null null 左null 效应作相应的补充和修改, 在经典概念的基础上所提出的各种模型,以期电介质高电场电导理
2、论日益完善和更加系统。依据分析一些聚合物的电导特性曲线, 可以得出理论值与实验值良好一致。一、 概 述电介质高电场电导多数模型是依据 null null nullnull null null nullnullnull null null 和尸null null 召一 null null null nullnull 的效应nullnull , null null null null nullnull nullnull 继续null null null nullnull null null null 、 null null null null 年的早期工作null 建立的。 null null n
3、ullnull nullnullnullnull 效应取决于电极电介质。 界面接触时电荷静象力和电场作用而使位垒下降, 与电极材料有关,尸null null nullnull 一 null null null null null null null效应电场使电介质整体内部库伦位垒降低, 与聚合物晶区和非晶区 的界面、 杂质和缺陷等引起的陷井有关。 有的作者, 例如松延、 有井、 犬石两, 提出白云母的试验结果与尸。null null 一 null null null null null理论一致。 大多数作者认为, 尸null null null 一null null null null nul
4、l null公式不能满意地适合整个测量电流一电压关系曲线的范围, 而只能渐近地用于高场区。 因此, 一些作者, 例如nullnull 挂null null nullnull null null nullnull, null null null nullnull null nullnull null , 万null nullnullnull null, nullnull null null nullnull null , null null null null null null 和nullnull nullnull null null 切null null null null,只己null n
5、ull null nullnull, 了。人, nullnull , 等null在null null null nullnull 一 null null null null nullnull null效应的基础上, 作一定修改后提出某种模型, 并导出电导率和场强的关系式。 通过实验证明, 理论与实验曲线有良好的一致性。二、 电导理论一nullnull null 一 null null null null 、null null效应假设参与导电的载流子是电介质整体内中性中心的热电离产生的, 而电场会改变俘获载流子的电离能。 下面分析按习惯以电子作载流子, 若为空穴, 则可作类似处理。null 木文
6、在null null null null年召开的第一次全国电介质物理会议上宣该。 收到日期为null nullnull null年null 月。null一null 单一nullnull null nullnull 一 null nullnull null null null null中心电导null null间认为, 当电介质中可电离尸。null 。 一 null null , null null null中心密度不大, 以致两个邻近电离中心的库伦场不会相互迭加, 称为单一中心, 并假设两个邻近中心的最短距离为位垒极大值处至中心距离的 null 倍, 即二二null , null nullnu
7、ll ,一 nullnull、众户null令 null 刀, 尸nullnull null null 了就可确定 电离中心密度的 绝对上限 null 。、 二 nullnull null 了刀一nullnull null”。 当。 , null null , null null nullnullnull null null 。一刀, null 一 null涂null令一 null null null null null。一。、一 音一null 。令, null一null null一, 刀二二资二 null “nullnull , 。nullnull null null null null nu
8、ll null nullnull null , null沉一 null 。时, 称为多重中心。当电离中心密度超过 null。null 于几null 一 null null , 使邻近中心库伦场相互迭加首先考察最简单的一维情况。null null 一维尸。null null 一 null null null null null效应 众、null null null null , null “ 一null 从null 次众所周知, 为计算电导率, 必须计算载流子密度和它的迁移率。 在计算载流子 密度时, 必须考 察 载 流子从 尸null null null 一刃null null null nu
9、ll null 中心逃逸的概率, 所以要计算加电场后载流子逃逸的有效位垒。设电介质内一个电子处在固定的单个 电荷的库沦场中, 加电场null 后, 位能变化如图 null 所示。 载流子位能降低方向称为前进 图 null方向, 升高方向称为逆动方向。 在前进方向, 位能为null之null 一厂null null 、null null谈卖null竺沪尸口。null 一 null null null null null null 效应的一维位能图 null零场电离能必, 加电场null 后位能降低了null 功尸null null娇nullnull nullnull汀。忍null null一 n
10、ull null 戈 null null null存在位能极大值, 依据尝二 。, 求得二, null null null、蒜户null null null、砂, null 二null null nullnull汀忍。己null汀巴君null一null音null奋null 几尸蚤null null null null产null、一null夕刀而对null null nullnull nullnullnull夕效应,null null null null null null null刀咖 二仇户 么 二 null 一伪产 null null null式中 null电子电荷null 。真空介电系数
11、null 。null相对高频介电系数null null介质 内部电场强度, 认为是均匀的null 口, null 一尸。川。一null null 。嵌。null系数null 口nullnull null null。灯九null系数。通常, 计算载流子前进方向位垒不会有困难, 但确定逆动方向的位垒变化会有许多困难。 因此, 就提出不同的汲限条件和假设, 从而构成各种模型的先决条件。在第一种极限条件下 null简称条件nullnull null , 尸null null nullnull 假设电场很强, 逆动方向载流子位能增加很高, 以致无限。 电子受电场的压抑而根本不能释放。 当然, 实际电介质
12、厚度有限, 位垒不会无限增加。 条件nullnull 可称为经典高场近似。 从图null 可知, 电子释放的有效位垒必。一 娇一null 九null null 娇一寿一, 娇null 为零场时电子处于基态的位垒高度 null电离能null , 加电场后释放电子的密度, null null null null null null一 必。null nullnull null null二 null 。null null null null刀。null null 丁null nullnull null null null null null式中 null可电离中心密度null null 。 null
13、null null null null 一功null nullnull null null为零场时自由载流子密度式nullnull 适合于本征或非补偿的半导体和高聚物电介质 , 因为载流子复合数目正 比于妒null 而补偿半导体, 则由于载流子复合数正比于null , 故平衡载流子密度, null null null null null null null娇。 nullnull null null null null null null null null一 必nullnull null nullnull null null null刀。null null 丁 nullnull null nu
14、ll null null null尸。nullnull 一 null null null null null null效应和nullnull nullnull 从null效应所给出的电导率和电流与场强的关系式分别为nullnull null null 。e x p (刀, ;F“/ Z K T )s=s。e xp (刀;尸于/尤丁)式中 6。低场电导率;.j。具有电流密度单位的常数。 I n 6 一F Z(7 )(8)图形的斜率, 完全取决于电介质的介电系数。在第二种极限情况下 (简称条件(2 ) , 假设外电场不改变电子逆动方向逃逸 的位垒高度, 即电场不影响载流子逆动方向逃逸概率。 这当然
15、也不实际, 因此条件(2) 称为低场近似。 此时自由载流子总密度N , _ 二, _ _ _ _ 弄 , _ 二, 、 _路= 石 e X P ( 一价*/艺八1 ) 仁1+ exP 又卢, 尸 尸 / 乙八1 少J自( 9 )在中间近似情况下 (简称条件(3 ) , 实际情况应界于条件(l) 与条件(2) 之间。在做粗略解答时, H lI 5假定逆动方向位垒增加与前进方向下降值相等, 弃认为这一假定没有物理基础。 A d o ec 8接受了这一假定, 并认为在逆动方向, 载流子与正电中心的距离大到位垒增量与前进方向减量相等时就是自由的。 虽然, 从直觉上这是比上面条件(1) 与(2) 更为合
16、理的假设, 但在后面可以证明, 条件(1)、 ( 2) 和(3) 在结果上的差异并不很大 (参考Ad。e 和Calde:山ood 7) 。 因此N . , , _n = 了exp(一 功/ a 八了)exp(一刀, ; F 丁/ZK T)+exp(刀, : F 了/ZK T )= nocosh(刀p尸F 了/ZK 丁)下面考察一般的三维情况2. 三维Po, l e 一 F renk el效应(1) 载流子逃逸方向是间断的 由于条件(1) 、 (2 ) 和(3 )都有某些不确定性, 对载流子沿任何方向释放进行严格积分 , 又会有某些困难 , 因此A doec 和Cal der 。d 7采用简化方法。 可将电离中心置于三个相互垂直的轴上, 其一的半轴沿外电场方向, 因此载流子有6个间断逃逸方向。在条件(1) 下产生的自由载流子总密度, 二 4 、粤e二p ( 一必2 2、:)+ 粤ex。 ( 一必一口。: 二专/2、:)
