雷清泉院士电介质中的空间电荷效应

《雷清泉院士电介质中的空间电荷效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电介质中的空间电荷效应哈尔滨理工大学雷清泉陈庆国一、概述1、定义：空间电荷（Spacecharge-SC）通常是指局部空间内存在的一种正或负的净电荷。可呈点、线、面及体分布。在与半导体与绝缘体有关的许多情况下都会出现空间电荷。2、SC的类型：电子型、空穴型、离子型、偶极子型、极化子型和等离子体型。3、固体：定域态、陷阱、局域能级，代表干扰晶体周期性势场的物理及化学结构缺陷（前者阱深0.5-1.5eV，后者可达3-8eV）、杂质在禁带内构成的能级、表面态、表面偶极子态、体内偶极子态、体内分子离子态、杂质、端链、支链、叠链、晶区-非晶区边界、断键、极化子态、局

2、域密度涨落等。杂质、添加剂、反应附产物，既可接受注入电荷，又可通过化学作用，增加电荷注入。哈尔滨理工大学电介质中的空间电荷效应4、液体：电极附近的双电层5、气体：雪崩，正离子。哈尔滨理工大学电介质中的空间电荷效应二、SC的形成阻挡接触：，电子从，电子耗尽层，能带向上弯，阻挡势垒。，注入接触（空穴）、空穴积累层；欧姆接触：，注入接触（电子）、电子积累层；中性接触：，无界面电荷；1）电接触（M-I，M-S体系）1接触2）化学与物理吸附，双（偶）电层，依据两相的电负性交换电荷。3）摩擦，流动带电、机加、挤出、压制等。哈尔滨理工大学电介质中的空间电荷效应3）Fow

3、ler-Nordheim发射(高场区)(3)2）场助热电子发射(中场区)(2)1）热电子发射(高温区)(1)2．电极发射4）隧道效应(7)3）从陷阱中释放(6)2）电子碰撞电离(5)3．体内SC1）杂质离子移动形成异极性SC哈尔滨理工大学4）热助场电子发射(中温区)(4)电介质中的空间电荷效应4．环境辐射效应吸潮，物理及化学吸附，空间电磁环境，真空等。1）低能（非电离）电磁辐射，光（红外、可见、紫外）0-40eV。2）高能（电离）辐射、原子或原子核过程产生的辐射，包括X射线、γ射线、快电子、重带电粒子（α粒子、质子）、重离子、中子、电子束、离子束等。3）辐

4、射的作用：电子、离子→电导，俘获，受激分子、激子、激子电离→电导，发光→老化，自由基→化学反应、老化。（1）光电子效应，激子生成，（2）辐射感应电导，光驻极体哈尔滨理工大学电介质中的空间电荷效应5．电场效应：直流,同极,异极电荷,工频交流,载流子注入与抽出,产生应力应变。哈尔滨理工大学图1SC对电场分布的影响电介质中的空间电荷效应电流密度方程式(8)电位移方程式(9)局部电荷密度方程式(10)温度；电性能,；电荷、电场。6．非均匀（复合）电介质1）MW界面极化(体内或M-I界面)2）不均匀性哈尔滨理工大学电介质中的空间电荷效应哈尔滨理工大学通过光生载流子，

5、在偏压电场或SC自身电场作用下，形成空间调制的周期分布。7、非线性光析变材料(-OEO材料)条件：光生载流子，光电导；电荷在外场或自建场中分离运动，形成周期性SC分布；周期场调制材料的光折射率（EO效应），形成位相光栅。应用：全息实时存储、光象放大器、振荡器、相位共轭器、空间调制器、光学信息处理及光学计算技术等。问题：探索陷阱中心的化学本质，陷阱深度及密度同光析变效应的关系，以及如何稳定陷阱结构等。电介质中的空间电荷效应8.PWM作用下SC形成如图所示,低频正弦电压极化，正、负半周，电极电荷极性反转。PWM电压，由于电压突然反转，导致特定符号的自由电荷再吸

6、收，但电荷符号与束缚电荷的相反，此时两种类型电荷共存。松弛时间快的偶极子对SC无贡献，慢的对SC有贡献，形成“宏观”偶极子.极性反转时，重复上述现象，最终造成表面电荷积累，因此在表面存在三种电荷：自由电荷、束缚电荷（极化）、阻挡电荷，源于PWM极性反转太快。哈尔滨理工大学图2正弦与PWM电压作用的极化模型电介质中的空间电荷效应哈尔滨理工大学三、SC的极性和分布1．按邻电极的符号，分为同极性与异极性电荷。图3真空二极管中SC、电位及电场分布电介质中的空间电荷效应哈尔滨理工大学2．空间（位置）：体、表、箱、薄层、δ分布。3．时间：动力学过程、电极接触、电荷产生

7、释放、扩散、受陷、退陷、复合等。（1）迁移项、（2）扩散项、（3）复合项、（4）杂质电离项、（5）再俘获项、（6）退陷项。(11)(12)电介质中的空间电荷效应4）离散分布，(16)哈尔滨理工大学3）指数分布，(15)2）多重离散陷阱能级分布，(14)1）单一陷阱能级分布，(13)4．能量：深陷阱（>1.5eV）、浅陷阱（<0.5eV）、复合中心、划界能级。离散函数的偏差，最高陷阱密度能级。电介质中的空间电荷效应哈尔滨理工大学1．时间放电电流，表面电位衰减。2．温度TSC(热激电流)，热发光、热激表面电位衰减。3．压力压激电流。4．光光激放电电流，光激表面

8、电位衰减。5．电场Poole-Frenkel效应；Onsager效