雷清泉院士电介质中的空间电荷效应ppt课件

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i1
3）
指数分布，
h(E)Hexp(E)
kT c
kT c
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4） 离散分布， h(x)(2x H )12d texp (E [2E t2 tm )2]
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t 离散函数的偏差，Etm 最高陷阱密度能级。
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电介质中的空间电荷效应
四、SC的释放
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，光激表面电位衰减。
5． 电场 Poole-Frenkel效应；Onsager效应-激子电离。
6． 联合作用 TSC-TSL；等温与非等温衰减。
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五、空间电荷效应
1. 电场畸变
2E0
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。
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（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。
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4．能量：深陷阱（>1.5eV）、浅陷阱（<0.5eV）、复合中心、划界能级。
1）单一陷阱能级分布， (EEt)
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n
2）多重离散陷阱能级分布， Et,i(EEt,i)
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。
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8. PWM作用 (dV d t12k 0V S)下SC形成
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
电介质中的空间电荷效应
1、定义：空间电荷（Space charge-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。
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。
n (x ,t) t(T ) n (x ,t)E (x ,t) xD n(T ) 2 n (x ,t) x2 r(T )p (x ,t)n (x ,t)
1
1
(T )n t(x ,t) n (x ,t)n t(x ,t)
f
t
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E(x,t)xe(nx,t)0
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4、液体：电极附近的双电层 5、气体：雪崩，正离子 。
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二、SC的形成
1 接触 1） 电接触（M-I，M-S体系）
中性接触：mi ，无界面电荷；
欧姆接触：mi ，注入接触（电子）、电子积累层； mi ，注入接触（空穴）、空穴积累层；
2）电子碰撞电离
n~ex d p )~(ex 0 p de[xe p U iE i()]
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3）从陷阱中释放
n~ntexpP(FEkT ) PF2s
(6)
4）隧道效应
n~AE 2ex pB ()
(7)
E
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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。
2） 场助热电子发射 JEJTexps (EkT ) s (e340)12 (中场区) (2)
3）Fowler-Nordheim发射 4）热助场电子发射
JEA'E2ex pE B () J0A'(T)E2expE B()
(高场区) (3) (中温区 ) (4)
3．体内SC
1）杂质离子移动形成异极性SC
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。
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2E(x)0 (18)
异极电荷，阴极电场可增加。
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图2 正弦与PWM电压作用的极化模型
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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。
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图3 真空二极管中SC、电位及电场分布
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电介质中的空间电荷效应
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、电荷产生释放、扩散、受陷、退陷、复合等。
阻挡接触：m i ，电子从 im，电子耗尽层，能带向上弯，阻
挡势垒。 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。
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2．电极发射 1） 热电子发射
JTA2 T ex pm (k)T
(高温区) (1)
（1） 光电子效应， hm
激子生成， hEg
（2） 辐射感应电导，光驻极体
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7、 非线性光析变材料(-OEO材料) 通过光生载流子，在偏压电场或SC自身电场作用下，形成 (x) 空间调制的
周期分布。 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