A trap depth and density detection method of thermally stimulated current based on solid medium, characterized by thermal stimulation on solid dielectric film and detect the thermally stimulated current curve, analysis of the different depth of trap charge release current component caused by using the numerical integral method, and get the characteristic function of a two-dimensional matrix, then use TSC non negative linear least squares algorithm based on the measured as input, finally obtained the density distribution of traps in different depth of the solid dielectric thin film. This method does not need to process the trap level distribution assumption, the analysis of the whole curve automatically, ruled out the possibility of human error; in addition, this method can effectively avoid the influence of false data, such as the current data is negative, so this method is more in line with the actual situation, has better fault tolerance.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种介质物理测量领域的技术,具体是一种基于热刺激电流的固体介质的陷阱深度与密度检测方法。
技术介绍
热刺激理论及其研究方法是在介质物理与半导体物理的基础上发展起来的,由于可以简单有效的测量电介质材料的微观参数,逐渐引起了人们广泛的重视,现已成为一种研究绝缘、半导体等材料的有效手段。引起热刺激电流的电荷与介质材料本身电特性有密不可分的联系。电介质中自由电子很少,其导电率很小。但在生产、加工制备过程中,电介质中不可避免的存在着一定数量的陷阱。在一定的电场作用下,电极中的电子通过场致发射和场助热发射注入到介质导带中。当注入的电子被介质中的陷阱俘获后就形成了空间电荷。这些空间电荷所形成的电场可使试样内的电场发生畸变,故空间电荷对介质的电导和绝缘破坏都影响很大。而空间电荷与介质材料内部陷阱的深度和密度有密切的关系,热刺激电流是评估电介质内部陷阱深度和密度的有效方法。对热刺激电流曲线进行分析,可以获得介质内部陷阱的深度以及对应的密度,是从微观角度认识介质性能的重要手段。然而介质中的陷阱并非单一能级,而是有各种可能的分布形式。由热刺激动力学过程可以知道陷阱电荷由于热能刺激引起的电流实际上是由若干多峰重叠的复合曲线,从复合曲线中获得所包含的离散的陷阱深度及其密度是热刺激研究的重点和难点。许多研究者对热刺激电流曲线进行深入研究,并提出了许多计算分析方法,常见的有:半峰宽法、全曲线法和初始上升法。而这些评估方法或多或少有一定局限性和造成人为误差的可能性。例如:半峰宽法假定热刺激曲线是一个单一的弛豫过程,还做了一些近似处理,理论曲线和实测曲线的吻合性并不理想 ...
【技术保护点】
一种基于热刺激电流的固体介质的陷阱深度与密度检测方法,其特征在于,通过对固体介质薄膜进行热电刺激并检测其热刺激电流曲线,使用数值积分方法分析其中不同深度陷阱电荷释放造成的电流分量,并得到特征函数构成的二维矩阵,再使用基于非负线性最小二乘算法将测得的热刺激电流曲线作为输入,最终得到固体介质薄膜不同深度的陷阱的密度分布。
【技术特征摘要】
1.一种基于热刺激电流的固体介质的陷阱深度与密度检测方法,其特征在于,通过对固体介质薄膜进行热电刺激并检测其热刺激电流曲线,使用数值积分方法分析其中不同深度陷阱电荷释放造成的电流分量,并得到特征函数构成的二维矩阵,再使用基于非负线性最小二乘算法将测得的热刺激电流曲线作为输入,最终得到固体介质薄膜不同深度的陷阱的密度分布。2.根据权利要求1所述的陷阱深度与密度检测方法,其特征是,所述的热电刺激是指:对固体介质薄膜试样施加极化电压,加热至100℃以上并极化30分钟,然后快速冷却到零下100℃以下,以固定的线性升温速率加热试样,记录测量得到的热刺激电流曲线。3.根据权利要求1所述的陷阱深度与密度检测方法,其特征是,所述的热刺激电流曲线,即通过热刺激电流实验测量得出的电流为:其中:J为热刺激电流密度,q为元电荷量,等于1.6×10-19C,Ec、Et分别为导带底能级和价带顶能级,L为所测试样厚度,f0为陷阱填充比例,一般经过足够长时间的极化可以认为等于1,Nt为不同深度陷阱的密度,β为线性升温速率,T0为初始极化温度,函数v为自由电荷的热运动速率,St为陷阱对电荷的捕获截面积,Nc为导带的状态密度,Et为陷阱深度,k为玻尔兹曼常数,T为测量温度。4.根据权利要求1所述的陷阱深度与密度检测方法,其特征是,所述的电流分量,通过以下方式得到:由于实验测量得到的等式左边的热刺激电流对应不同温度,而等式右边是陷阱深度Et和温度T的函数,采用数值积分方法简化可以得到:其中:c为常数,Nt为不同深度陷阱的密度。5.根据权利要求1所述的陷阱深度与密度检测方法,其特征是,所述的特征函数构成的二维矩阵,通过以下方式得到:陷阱深度和温度的二维函数为:因此通过计算不同深度陷阱的密度即是已知热刺激电流J来解Nt。6.根据权利要求1所述的陷阱深度与密度检测方法,其特征是,所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:王亚林,吴建东,尹毅,
申请(专利权)人:上海交通大学,
类型:发明
国别省市:上海;31
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