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一種用來評估Ni-MLCC中氧空位的測試技術-熱刺激電流（TSC）

來源：時間：2023-11-20 12:01:41 瀏覽：4151次

在Ni-MLCC中一個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 )來測量評價氧缺陷的方法。

TSC是一種運用宏觀的物理方法（通過熱激發(fā)引起的電流現象）來研究固體電介質內部微觀特性的重要實驗手段。在固體電介質材料中,存在著一些固有的缺陷,如雜質、晶格缺陷、空位等。這些缺陷可以在材料中形成能級,稱為缺陷能級。當固體電介質材料受熱后,這些缺陷能級中的電子會被激發(fā)到導帶中,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程的完整TSC理論，并研究分析了離子晶體結構缺陷（空位、填隙等）引起TSC的原因。目前熱刺激電流方法（TSC）已被廣泛應用于研究固體電介質的陷阱參數和偶極馳豫參數，是研究固體電介質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。無論是偶極解取向過程還是載流子退陷阱過程，都可以看作是一種廣義的松弛過程，均可采用熱激過程的一般動力學方程來描述。熱激過程的一般動力學方程為：

上式中 I為熱釋放強度，可與熱發(fā)光強度或熱激電流強度相對應；n是載流子濃度；n0是t=0時刻，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；T是絕對溫度；E為活化能；b為動力學級數。

根據熱刺激電流的測試階段，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 測試系統(tǒng)主要分為五個部分：①直流極化模塊；②極化電流測量系統(tǒng)；③溫控系統(tǒng)；④真空系統(tǒng)以及⑤電流和溫度實時記錄系統(tǒng)。

實例1為2類材質的Ni-MLCC的TSC測試。TSC譜中顯示有2個峰，第1個α峰對應的是晶粒內氧空位的遷移，第2個β峰對應的是由越過晶界遷移到電極界面的氧空位引起的空間電荷極化，而且隨著極化時間的增加，第2個β峰測試到的電流越大。


實例1 (a)測試條件	實例1 (b)測試數據

實例2為2類材質的Ni-MLCC的另外一個TSC測試。首先在130°C的極化溫度下，用25 V/μm的直流電場對樣品進行極化，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，以測試得到TSC譜。TSC譜中顯示也有2個峰。

實例2 TSC測試數據

目前TSC測試的國際標準主要有以下3個，感興趣的達人可自行探究：

(1)JIS1731-1994《塑料薄膜熱強化電流的測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.用熱刺激電流測定缺陷狀態(tài)的試驗方法》;

(3)IEC TS 62067-8-2-2021《納米制造關鍵控制特性第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方法》。

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