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一種用來評估Ni-MLCC中氧空位的測試技術(shù)-熱刺激電流（TSC）

來源：時(shí)間：2023-11-20 12:01:41 瀏覽：2050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(jià)氧缺陷的方法。

TSC是一種運(yùn)用宏觀的物理方法（通過熱激發(fā)引起的電流現(xiàn)象）來研究固體電介質(zhì)內(nèi)部微觀特性的重要實(shí)驗(yàn)手段。在固體電介質(zhì)材料中,存在著一些固有的缺陷,如雜質(zhì)、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(dāng)固體電介質(zhì)材料受熱后,這些缺陷能級中的電子會被激發(fā)到導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(yīng)用于研究固體電介質(zhì)的陷阱參數(shù)和偶極馳豫參數(shù)，是研究固體電介質(zhì)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(xué)方程來描述。熱激過程的一般動力學(xué)方程為：

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

根據(jù)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(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)。

實(shí)例1為2類材質(zhì)的Ni-MLCC的TSC測試。TSC譜中顯示有2個峰，第1個α峰對應(yīng)的是晶粒內(nèi)氧空位的遷移，第2個β峰對應(yīng)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(shí)間的增加，第2個β峰測試到的電流越大。


實(shí)例1 (a)測試條件	實(shí)例1 (b)測試數(shù)據(jù)

實(shí)例2為2類材質(zhì)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(jìn)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(shí)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。