安泰高壓放大器在聚酰亞胺薄膜外空間電荷測(cè)試中的應(yīng)用

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、壓電傳感器、電極系統(tǒng)、放大器、脈沖電源、高頻示波器、高壓直流電源、保護(hù)電阻與耦合電容和屏蔽盒等。

實(shí)驗(yàn)過程：壓電傳感器作為一種通過聲波傳遞信號(hào)的傳感器，用于檢測(cè)和反映空間電荷分布信息的壓力波。壓電傳感器輸出的微弱電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大后由示波器進(jìn)行采集測(cè)試，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)經(jīng)高壓放大器放大為PI薄膜試樣提供直流極化電場(chǎng)，用于研究在某一特定直流電場(chǎng)下試樣內(nèi)部的空間電荷分布，當(dāng)試樣發(fā)生絕緣擊穿或其表面發(fā)生沿面閃絡(luò)時(shí)，保護(hù)電阻具有限制電流并防止因電流過大而燒壞高壓放大器的作用，系統(tǒng)測(cè)量示意圖如圖1-1。

圖1-1測(cè)量系統(tǒng)示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)PI薄膜兩端施加電壓后，由于其內(nèi)部存在電荷注入和偏移，導(dǎo)致薄膜內(nèi)部的空間電荷分布發(fā)生了較大變化。陰陽兩極分別注入了不同量的負(fù)極性與正極性電荷。隨著外部施加電壓時(shí)間的增長，PI薄膜內(nèi)部的電荷注入也不斷進(jìn)行，最終導(dǎo)致內(nèi)部空間電荷的積聚逐漸趨于穩(wěn)定，測(cè)試數(shù)據(jù)如圖2-2。

聚酰亞胺薄膜基體內(nèi)部一般不具有整齊有序的結(jié)構(gòu)，其能帶中往往存在許多陷阱能級(jí)。此外，由于其經(jīng)常工作于多種復(fù)雜工況，在各種高溫和高電場(chǎng)等外界因素作用下，會(huì)發(fā)生電老化和熱老化，伴隨而來的是分子鏈斷裂、出現(xiàn)孔洞等現(xiàn)象。這些變化可能誘發(fā)基體內(nèi)部的淺陷阱變?yōu)樯钕葳?；也可能使得自由電荷入陷變?yōu)橄葳咫姾桑ㄏ葳咫娮酉葳搴涂昭ǎ┑?，?dǎo)致載流子更容易被陷阱俘獲。

圖2-2加壓30min時(shí)電極附近空間電荷密度峰值

還可能使聚酰亞胺薄膜內(nèi)部增加大量的陷阱電荷，這些陷阱電荷俘獲并束縛基體內(nèi)部的自由電荷，導(dǎo)致空間電荷更容易積聚在聚酰亞胺薄膜的電極端，從而誘發(fā)電場(chǎng)畸變。通過納米粒子對(duì)聚酰亞胺薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性對(duì)其電學(xué)性質(zhì)有很大影響。納米改性對(duì)聚酰亞胺薄膜內(nèi)部空間電荷的積聚有抑制作用。一方面，納米材料的高比表面積可以提高載流子的表面復(fù)合效率，減少電荷的積累和空間電荷效應(yīng)；另一方面，納米材料的能帶結(jié)構(gòu)和能級(jí)分布與半導(dǎo)體材料不同，可以調(diào)節(jié)半導(dǎo)體材料的電子結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，從而減小空間電荷效應(yīng)的影響。

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審核編輯 黃宇