导读:本文包含了电荷陷阱论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:油纸绝缘,空间电荷,纳米Al2O3,纤维素绝缘纸
电荷陷阱论文文献综述
廖瑞金,项敏,袁媛,高步林,朱同年[1]（2019）在《纳米Al_2O_3掺杂对绝缘纸的空间电荷及陷阱能级分布特征的影响》一文中研究指出传统纤维素纸在直流电场的作用下易于积聚空间电荷而导致介质内部电场发生畸变引发事故。为改善油浸纤维素绝缘纸在直流电场下的空间电荷特性,使空间电荷难以积聚且易于消散,利用纳米Al2O3对绝缘纸进行改性,采用脉冲电声法(PEA)测试了不同纳米含量的油浸改性纸样在直流电场下的空间电荷密度,并对陷阱参数进行了计算。结果表明:纳米Al2O3掺杂质量分数为1%时对空间电荷行为的抑制效果最佳;纳米氧化铝的掺杂激发了深陷阱的形成,增大了深陷阱的密度,改变了纤维素绝缘纸中的陷阱能级分布;陷阱能级分布的改变解释了改性绝缘纸的体积电阻率和直流击穿场强随纳米氧化铝含量变化的原因。研究结果可为进一步研究纤维素绝缘纸的改性技术和提高纤维素绝缘纸的各项性能提供参考。(本文来源于《高电压技术》期刊2019年03期）
王亚林[2]（2018）在《聚合物空间电荷与陷阱能态密度联合测试技术的研究与应用》一文中研究指出聚合物材料由于具有诸多优良特性,因而在电力工程、能源工程和航空航天工程等领域有着广泛的应用。聚合物绝缘电缆作为超高压直流输电的主要组成部分,在运行过程中承受着一定强度的电场。直流电场下聚合物材料容易积累空间电荷,引发局部电场畸变,使热电子运动以及能量的储存与释放加强,进而加速绝缘老化,严重影响电缆寿命。聚合物在辐射环境下诸如航天器中也得到大量应用,然而高能粒子辐射、等离子体撞击和紫外线照射等因素极易导致聚合物材料表面和内部积累大量电荷,引起静电放电。造成空间电荷积累的主要原因是材料内部存在或深或浅的陷阱,空间电荷的行为与材料内部陷阱能态分布具有很强的关联性。对材料内的陷阱分布与空间电荷分布进行联合测量与研究有助于全面地了解材料中载流子的输运过程。然而鲜有研究者对同一试样中的空间电荷分布与陷阱能态密度进行联合测量,相关设备的缺失使得该项研究难以进行。为此,本文针对聚合物绝缘中的空间电荷行为与陷阱分布的关联性这一关键问题,将聚合物的空间电荷行为与微观陷阱能态密度相结合,研制了能够对同一试样的空间电荷与陷阱能态密度进行联合测试的仪器。并以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)和纳米MgO/XLPE复合介质为研究对象,对两种材料的空间电荷与电导,空间电荷与热刺激电流进行联合测量。研究了空间电荷与电导的联系,以及空间电荷与陷阱能态密度的关系,比较了两种材料中的空间电荷行为,并对载流子的输运特性进行了分析。聚合物空间电荷与陷阱能态密度测试仪器的研制难点主要在于协调空间电荷测量与电流测量这两种测量方式之间的矛盾。为解决该矛盾,本文首先通过仿真和理论计算分析了空间电荷测量时产生的脉冲电场对电流测量的影响,发现脉冲电场引起的脉冲电流幅值较大,将极大地干扰对流过试样的电流的测量,甚至可能损毁电流测量仪器。因此,采用高压电极、空间电荷测量极、电流测量极和接地保护极构成的“四电极”结构,将空间电荷测量区域与电流测量区域分离开。另外,采用快速切换分时测量的策略,将空间电荷测量与电流测量分时进行。采用液氮与电加热器件相结合的控温方式,实现了对实验样品以0.5~10℃/min的速率线性升温。此外,又研制了基于Blumlein传输线的高重复频率纳秒脉冲电压源,使用高开关速度和重复频率的MOSFET器件,使得脉冲重复频率最高可达3 MHz,为空间电荷快速测量提供了激励源。通过对经典的单一陷阱能级的热刺激电流表达式进行分析后发现,不同类型的电荷来源引起的热刺激电流表达式相似。在此基础上,提出了基于非负线性最小二乘迭代算法的热刺激电流分析方法。该方法无需人为判断电流峰的位置和个数,自动对整条热刺激电流曲线进行分析,能够获得整个禁带范围内的陷阱能态密度谱,具有重复性好、能规避人为误差以及自动排除无效数据等优点,可以用于聚合物陷阱能态密度的分析。使用联合测试设备对XLPE和纳米MgO/XLPE复合介质在20到60℃下进行空间电荷与高场电导联合测量,发现纳米MgO/XLPE复合介质的空间电荷积累阈值电场大于XLPE的空间电荷积累阈值电场,表明一定粒径和浓度的纳米MgO的添加抑制了空间电荷的积累。在相同温度下,纳米MgO/XLPE复合介质的电流密度-电场关系曲线的转折电场高于XLPE的转折电场。通过对两种材料的电流密度-电压标度曲线进行拟合,发现纳米MgO颗粒的添加引入了新的陷阱能级,纳米MgO/XLPE复合介质内的陷阱在空间上分布较XLPE更为均匀。另外,又使用空间电荷和电流联合测量的结果,发现载流子关于局部电场的负微分迁移率是空间电荷包形成的主要原因。使用联合测试设备对XLPE和纳米MgO/XLPE复合介质进行了空间电荷与热刺激电流联合测量与分析。在极化阶段,XLPE试样的阳极附近积累了大量的正电荷并逐渐向试样内部迁移,而降温阶段空间电荷的迁移减缓。在热刺激阶段,当温度大约高于60℃时空间电荷开始剧烈减少。纳米MgO/XLPE复合介质在极化阶段和降温阶段均没有明显的空间电荷积累。使用基于非负线性最小二乘迭代算法的热刺激电流分析方法计算了两种材料的陷阱能态密度,发现XLPE在1.15 eV能级存在数量较多的深陷阱,而纳米MgO/XLPE复合介质在不同能级上的陷阱密度较为均匀。由空间电荷与陷阱能态密度的联合分析可知,XLPE积累的空间电荷主要分布在深陷阱内,而纳米MgO/XLPE复合介质由于添加了纳米MgO颗粒,引入了更多的陷阱能级,抑制了空间电荷的积累。(本文来源于《上海交通大学》期刊2018-05-01）
张军良[3]（2018）在《LDPE/AlN纳米复合电介质电荷输运及陷阱特性的研究》一文中研究指出随着近年来柔性高压直流输电的快速发展,高压直流电缆的应用越来越广泛。直流高场下聚乙烯绝缘材料中的空间电荷问题是制约高压直流电缆发展的关键因素,纳米复合改性是改善聚乙烯空间电荷行为的重要途径。目前国内外普遍认为纳米复合电介质中的界面陷阱对空间电荷的抑制起到关键作用,但对陷阱本质及其作用机理缺乏深入理解。电子顺磁共振(EPR)技术有助于对LDPE/AlN纳米复合材料的电荷陷阱理化本质进行研究。鉴于此,本文重点对LDPE/AlN纳米复合材料的电荷输运及陷阱特性进行研究。通过熔融共混法制备了不同掺杂含量的LDPE/AlN纳米复合材料,并对其理化结构进行了研究。采用SEM对纳米复合材料断面形貌进行表征发现,AlN纳米颗粒在聚乙烯基体中大致呈均匀分布,分散性较好;采用傅里叶红外光谱仪对官能团种类及振动情况研究发现,纳米掺杂未引入新的官能团,但是部分官能团振动强度发生变化。对LDPE/AlN纳米复合材料介电性能进行了研究。对纳米复合材料击穿特性研究发现,击穿场强随着AlN纳米颗粒的增加先增大后减小,在掺杂含量为0.5%时,击穿场强最大,为120.7kV/mm,比纯LDPE增大了 16%。介电行为研究发现,LDPE/AlN纳米复合材料的介电常数和介质损耗都随温度和电场强度的升高而增大,并且随AlN掺杂含量的增加先减小后增大。对不同掺杂含量纳米复合材在不同温度和电场下的电导特性的研究发现,随温度和电场增加,电导电流增大,电阻率减小;LDPE/AlN纳米复合材料的电导电流小于纯LDPE,电阻率大于纯LDPE,在掺杂含量为3%时,LDPE/AlN复合材料在高温下电导电流最小,电阻率最大。对LDPE/AlN纳米复合材料电荷输运与陷阱特性进行了研究。不同场强下的空间电荷测量结果表明,高场强下纯LDPE中有大量空间电荷积累;AlN纳米颗粒掺杂对空间电荷有一定的抑制作用,其空间电荷积累更加靠近电极界面,而且空间电荷数量较少;在掺杂含量3%时,空间电荷的抑制效果最好。采用等温放电电流法对纳米复合材料陷阱能级密度分布的研究发现,掺杂量为0.5%和3%的纳米复合材料中的陷阱能级密度明显高于纯LDPE,这与0.5%和3%的纳米复合材料中空间电荷积累和电导电流均小于纯聚乙烯相符,表明纳米复合材料中引入的大量陷阱对电荷输运起着重要调控作用。采用电子顺磁共振(EPR)技术对LDPE/AlN纳米复合材料的电荷陷阱理化本质进行了研究。结果表明,材料中空间电荷增加,EPR谱图的信号增强,说明EPR信号来自于空间电荷;在无电场注入电荷的情况下,纳米复合物的EPR谱图信号强度为纯LDPE的3～5倍。注入电荷后纳米复合物的EPR信号强度与纯LDPE相近。0.5%和3%的LDPE/AlN复合材料在50kV/mm时出现超精细结构。结合结构表征、介电性能、电导特性以及空间电荷测试对陷阱特性进行分析,可以推断出陷阱与材料中的羰基、羟基等含氧基团等有一定关系。(本文来源于《北京交通大学》期刊2018-03-01）
魏莹,崔江维,郑齐文,马腾,孙静[4]（2017）在《辐射陷阱电荷对0.18μm N-MOSFET转移特性影响的TCAD仿真》一文中研究指出利用TCAD仿真技术,研究了电离总剂量辐射陷阱电荷对0.18μm N沟道MOSFET转移特性的影响。构建了0.18μm N沟道MOSFET的叁维仿真结构,获得了在电离总剂量(total ionizing dose,TID)效应影响下,负栅压偏置时器件中电流密度的分布情况。分析了器件浅槽隔离层(shallow trench isolation,STI)中氧化物陷阱电荷和界面态陷阱电荷对器件泄漏电流的影响。仿真计算了N-MOSFET的转移特性,仿真结果与辐照试验结果受辐照影响的趋势基本一致,为深亚微米MOS器件的总剂量辐射效应的损伤机制提供了一种分析手段。(本文来源于《现代应用物理》期刊2017年04期）
雷瑶[5]（2016）在《铁酸铋薄膜阻变效应与陷阱电荷现象的研究》一文中研究指出基于电致阻变效应的随机存储器由于操作电压低、读写速度快等优点备受关注,是极具前景的新一代非易失性存储器。目前,阻变的物理机理、存储机理等问题依然是研究热点。BiFeO_3(BFO)是一种室温下典型的多铁性材料,在其块材和薄膜中均发现了电致阻变效应。本论文以BFO薄膜为主要研究对象,使用脉冲激光沉积技术(PLD)分别制备了外延和多晶结构的BFO薄膜。使用X射线衍射仪、原子力显微镜(AFM)研究外延和多晶薄膜的微观结构,探讨导电原子力显微镜(CAFM)和压电响应力显微镜(PFM)的同步成像方法。构造金属/BFO/金属阻变结构,利用变温、变频、脉冲序列等测试方法对外延和多晶BFO薄膜的低温电致阻变效应和陷阱电荷现象进行研究。探索了石墨烯作BFO薄膜上电极的电致阻变效应。主要内容如下:1.利用PLD技术在不同基板上制备出外延和多晶的BFO薄膜。利用XRD、AFM分析样品的微结构信息,外延薄膜具有c轴取向,薄膜表面具有原子级的平整度;多晶薄膜具有(100)、(110)等多重取向,平均晶粒尺寸约为300~500 nm。薄膜的铁电性能由PFM证实,外延和多晶的薄膜原始电畴均随机分布且在外场作用下可以实现极化翻转。同步的PFM和CAFM测试表明外延BFO薄膜的极化和导电状态在空间上是关联的;多晶BFO薄膜的极化取向与导电状态在空间上没有直接关联。2.研究了BFO/SRO外延结构的低温阻变效应和缺陷电荷现象。实验发现Au/BFO/SRO在室温下具有稳定的整流效应和电致阻变行为,在104次疲劳特性测试后器件室温下开关比仍然高达2个数量级,高低阻态在经历105 s后仍然得以保持。在一定的阈值电压下,电脉冲可以实现器件的多级阻态触发。当温度低于140K时,器件的阻变效应和电容附加峰消失。低温导电机制拟合和理论分析表明Au/BFO/SRO的电致阻变行为与铁电极化、氧空位的迁移以及界面的缺陷填充有关,电容附加峰来源于金属/铁电界面处陷阱能级的俘获或发射作用。3.与外延结构相比,BFO/Pt多晶结构同样表现出整流效应和电致阻变行为,但是,其电流回滞曲线与单晶BFO/SRO结构存在较大差异,而且阻变开关比远小于单晶结构。Au/BFO/Pt在室温下拥有可靠的阻变性能,器件在经历700次抗疲劳测试和105 s保持特性测试后仍然稳定。分析发现,多晶器件的整流效应和电致阻变特性来自于界面处的肖特基结。I-V和C-V回滞曲线在低温下消失的实验说明多晶BFO薄膜的特性由界面肖特基结和薄膜铁电本质共同作用。4.探索多层石墨烯(FLG)作BFO薄膜上电极的阻变效应。FLG/BFO/SRO结构的阻变行为和“Au/BFO/SRO”结构的阻变行为存在明显差异,结果表明利用AFM针尖直接探测BFO薄膜时,采集到的电流在pA量级,极化反转矫顽场约为±4 V;利用AFM探测FLG时,采集到的电流在nA量级,极化反转矫顽场约为+2V和-0.5 V,且探测到的压电响应信号较强。但FLG/BFO/SRO结构阻变开关比较低,仅有5左右,远小于M/BFO/M结构的数十或数百。(本文来源于《电子科技大学》期刊2016-03-18）
朱超[6]（2016）在《光激电流和光致发光方法联合表征聚合物电荷陷阱》一文中研究指出随着我国电力工业的迅速发展,对电线电缆行业的要求日益增高,如何改进电线电缆材料的绝缘性能已经成为当前行业所面临的重要问题。电线电缆在生产工艺中会引入空间电荷,而空间电荷的行为在其电老化击穿的过程中扮演着非常重要的角色,因此对电线电缆材料在绝缘过程中空间电荷行为的探测研究显得尤为重要。关于空间电荷的测试手段有很多方法,但是这些方法都存在着一定的不足之处,因此,如何完善空间电荷的测试方法,探索新的空间电荷的测试手段已经成为当前绝缘材料性能研究的亟待解决的课题。光激发方法是研究聚合物材料陷阱电荷行为的重要手段之一。光激发聚合物方法包括光激电流法和光致发光法。光激电流法对绝缘材料空间电荷陷阱能级方面的研究国内外开展逐渐兴起,而光致发光法则主要用于稀土发光、地质勘探等方面,对于聚合物的研究却很少,而将两种测试方法相结合来表征空间电荷陷阱能谱的研究则未见报道。本论文提出了利用光激电流和光致发光联合测量的方法来表征绝缘材料空间电荷的陷阱能级,能更加全面的给出电荷陷阱的能谱分布信息,完善了空间电荷的测试理论及方法,并对典型聚合物绝缘材料聚乙烯的空间电荷进行了测试。光激电流实验中利用NT342A-SH可调谐波长激光器作为激发光源,对聚乙烯材料在210nm-418nm波长范围内的光激电流现象进行了研究,发现其陷阱能级在4.41eV-5.94eV范围内。光致发光实验中利用氙灯作为激发光源,在激发波长为160nm、170nm、180nm、225nm、250nm以及300nm下对聚乙烯材料进行了荧光光谱测试,测试结果显示,随着激发波长的增大,聚乙烯荧光光谱存在着明显的红移现象,其陷阱能级在2.48eV-4.51eV范围内。光激电流和光致发光的联合测量较全面的给出了聚乙烯材料陷阱的能谱分布,对于研究空间电荷行为的表征方法有着重要的参考价值。(本文来源于《哈尔滨理工大学》期刊2016-03-01）
欧阳本红,赵健康,周福升,李建英,闵道敏[7]（2015）在《基于等温表面电位衰减法的直流电缆用低密度聚乙烯和交联聚乙烯陷阱电荷分布特性》一文中研究指出空间电荷积聚是影响直流电缆安全运行的重要原因,定量表征直流电缆用聚乙烯材料内陷阱电荷的分布特性并分析其内部陷阱产生的根源,对抑制空间电荷积聚、加强直流电缆安全可靠运行具有重要意义。为此,采用直流电晕充电法对低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)和交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)薄膜试样进行了充电,以模拟直流加压时电荷的注入过程。通过考虑材料内入陷电荷的出陷规律,建立了1个等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)模型。通过分析LDPE和XLPE薄膜试样的ISPD数据,获得了其内部陷阱电荷的分布特性,并进一步分析了LDPE与XLPE形态学特性和添加剂对陷阱形成的影响。结果表明:LDPE和XLPE中分别存在2个陷阱中心,即浅陷阱中心和深陷阱中心;LDPE中与XLPE中空穴深陷阱电荷密度都高于空穴浅陷阱电荷,即2者空穴陷阱电荷主要以深陷阱为主;XLPE中空穴浅陷阱电荷与空穴深陷阱电荷之间的数量差距减少,XLPE中空穴浅陷阱高于LDPE中空穴浅陷阱。交联副产物对XLPE内部陷阱的形成产生重要影响,且添加剂形成的空穴类型陷阱的深度并不完全相同。(本文来源于《高电压技术》期刊2015年08期）
李荣,汤振杰[8]（2015）在《快速退火处理对ZrO_2基电荷陷阱存储器件的影响》一文中研究指出采用脉冲激光沉积系统制备了(Zr O2)x(Si O2)1-x薄膜基电荷陷阱存储器件。通过高温快速退火处理,使(Zr O2)x(Si O2)1-x薄膜析出Zr O2纳米晶。结果表明:Zr O2纳米晶的析出能够显着提高器件的存储窗口和数据保持能力。(本文来源于《热处理技术与装备》期刊2015年03期）
汤振杰,殷江,朱信华[9]（2014）在《多层HfO_2/Al_2O_3薄膜基电荷陷阱存储器件的存储特性研究》一文中研究指出借助脉冲激光沉积和原子层沉积系统,采用SiO2作为隧穿氧化物,Al2O3作为阻挡氧化物,制备了多层HfO2/Al2O3薄膜基电荷陷阱存储器件。实验发现,当电极偏压为±12 V时,存储窗口达到7.1 V,电荷存储密度约为2.5×1013cm-2。HfO2/Al2O3之间的界面在电荷存储过程中起着关键的作用,更多的电荷存储在界面的陷阱之上。经过3.6×104s的保持时间,25,85和150℃测试温度下,器件的电荷损失量分别为5%,12%和23.5%。线性外推实验数据得到,150℃下,经过10年的电荷损失量约为42%。器件优异的保持性能主要归因于HfO2/Al2O3薄膜之间较大的导带补偿。由此可以看出,多层HfO2/Al2O3薄膜基电荷陷阱存储器件是一种极具应用前景的电荷存储结构。(本文来源于《真空科学与技术学报》期刊2014年12期）
陈建雄[10]（2014）在《电荷陷阱型悬浮栅存储器隧穿层和存储层研究》一文中研究指出目前,金属-氧化物-氮化物-氧化物-硅(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Si, MONOS)型存储器面临的挑战是如何在低的工作电压下,提高器件存储性能(如存储窗口、编程/擦除速度等)和可靠性(如疲劳特性和数据保持力等)。采用合适的高k介质对栅堆栈结构中的隧穿层、电荷存储层和阻挡层进行改进,并对结构和制备工艺进行优化,是提高小尺寸存储单元性能的主要途径。本文围绕上述内容开展研究工作。实验方面,分别研究了隧穿层采用不同材料、工艺和结构以及电荷存储层采用不同高k材料对器件存储性能的影响,并对制备工艺进行了优化,以获得存储窗口、编程／擦除速度、数据保持力和疲劳特性之间的较好折衷；理论方面,建立了MONOS存储器编程模型,该模型可以精确模拟器件在不同编程电压下阈值电压随时间的变化。在隧穿层材料、结构和制备工艺方面,开展了以下研究工作：①在不同气氛(02、N2O和NO)中制备隧穿层,通过与氧化物隧穿层比较,研究了不同气氛中制备的氮氧化物隧穿层对器件存储特性的影响。实验结果表明,采用NO直接热生长氮氧化物作为隧穿层的MONOS存储器具有较大的存储窗口,更快的编程/擦除速度。这是因为NO的氮化能力更强,导致生长的氮氧化物具有更高的N含量,使得氮氧化物与Si衬底之间的电子势垒高度降低,从而电子注入效率提高。而且,该器件还具有好的疲劳特性和应力后数据保持力。这归因于在氮氧化硅与Si的界面附近形成了较多强的Si-N键。②从隧穿层能带工程出发,提出并制备了SiO2/TaON低k/高k双隧穿层,并与SiO2/HfON双隧穿层进行了比较。实验结果表明,采用SiO2/TaON双隧穿层替代传统的SiO2隧穿层能获得更好的存储性能,即大的存储窗口、快的编程／擦除速度以及好的疲劳特性。其机理在于TaON具有较大的介电常数、与Si衬底较小的导带差以及与Si02好的界面特性。而且,与SiO2单隧穿层MONOS存储器相比,采用双隧穿层结构可以有效改善电荷保持力。在电荷存储层材料及制备工艺方面,开展了以下研究工作：①分别采用Zr02和ZrON高k介质作为电荷存储层,研究了掺入N元素对器件存储特性的影响。实验结果表明,掺入N元素的ZrON电荷存储层MONOS电容存储器呈现出更好的存储性能。这是因为结合N元素的ZrON可有效抑制Zr硅化物的形成,改善ZrON/SiO2的界面质量,并进而提高介质薄膜的介电常数。而且,N元素的引入还增加了存储层的陷阱密度,有利于存储窗口的增加。②采用HfTiON高k介质作为电荷存储层,研究了Ti含量对器件存储特性的影响。恒定电流应力测试表明,随HfTiON介质中Ti含量的增加,载流子注入效率和电荷俘获效率增强,从而增加了器件的存储窗口,提高了编程/擦除速度。然而,微观分析表明,过量的Ti会在HfTiON/SiO2界面处生成Ti硅化物,不利于器件保持特性的改善。因此,需综合考虑器件的编程／擦除性能和数据保持力,优化设计HfTiON介质薄膜中的Ti含量。实验结果表明,采用Hf/Ti成份比为～1：1的HfTiON作为电荷存储层,能获得存储性能之间较好的折衷,即大的存储窗口、快的编程/擦除速度以及好的疲劳和保持特性。在理论模型研究方面,从编程状态下的实际物理过程出发,通过将有效电荷俘获截面积作为拟合参数,建立了一个简化的MONOS存储器编程模型。通过将模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的正确性和准确性,并通过与实验拟合,确定了不同编程电压下的有效电荷俘获截面积。(本文来源于《华中科技大学》期刊2014-05-01）
电荷陷阱论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
聚合物材料由于具有诸多优良特性,因而在电力工程、能源工程和航空航天工程等领域有着广泛的应用。聚合物绝缘电缆作为超高压直流输电的主要组成部分,在运行过程中承受着一定强度的电场。直流电场下聚合物材料容易积累空间电荷,引发局部电场畸变,使热电子运动以及能量的储存与释放加强,进而加速绝缘老化,严重影响电缆寿命。聚合物在辐射环境下诸如航天器中也得到大量应用,然而高能粒子辐射、等离子体撞击和紫外线照射等因素极易导致聚合物材料表面和内部积累大量电荷,引起静电放电。造成空间电荷积累的主要原因是材料内部存在或深或浅的陷阱,空间电荷的行为与材料内部陷阱能态分布具有很强的关联性。对材料内的陷阱分布与空间电荷分布进行联合测量与研究有助于全面地了解材料中载流子的输运过程。然而鲜有研究者对同一试样中的空间电荷分布与陷阱能态密度进行联合测量,相关设备的缺失使得该项研究难以进行。为此,本文针对聚合物绝缘中的空间电荷行为与陷阱分布的关联性这一关键问题,将聚合物的空间电荷行为与微观陷阱能态密度相结合,研制了能够对同一试样的空间电荷与陷阱能态密度进行联合测试的仪器。并以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)和纳米MgO/XLPE复合介质为研究对象,对两种材料的空间电荷与电导,空间电荷与热刺激电流进行联合测量。研究了空间电荷与电导的联系,以及空间电荷与陷阱能态密度的关系,比较了两种材料中的空间电荷行为,并对载流子的输运特性进行了分析。聚合物空间电荷与陷阱能态密度测试仪器的研制难点主要在于协调空间电荷测量与电流测量这两种测量方式之间的矛盾。为解决该矛盾,本文首先通过仿真和理论计算分析了空间电荷测量时产生的脉冲电场对电流测量的影响,发现脉冲电场引起的脉冲电流幅值较大,将极大地干扰对流过试样的电流的测量,甚至可能损毁电流测量仪器。因此,采用高压电极、空间电荷测量极、电流测量极和接地保护极构成的“四电极”结构,将空间电荷测量区域与电流测量区域分离开。另外,采用快速切换分时测量的策略,将空间电荷测量与电流测量分时进行。采用液氮与电加热器件相结合的控温方式,实现了对实验样品以0.5~10℃/min的速率线性升温。此外,又研制了基于Blumlein传输线的高重复频率纳秒脉冲电压源,使用高开关速度和重复频率的MOSFET器件,使得脉冲重复频率最高可达3 MHz,为空间电荷快速测量提供了激励源。通过对经典的单一陷阱能级的热刺激电流表达式进行分析后发现,不同类型的电荷来源引起的热刺激电流表达式相似。在此基础上,提出了基于非负线性最小二乘迭代算法的热刺激电流分析方法。该方法无需人为判断电流峰的位置和个数,自动对整条热刺激电流曲线进行分析,能够获得整个禁带范围内的陷阱能态密度谱,具有重复性好、能规避人为误差以及自动排除无效数据等优点,可以用于聚合物陷阱能态密度的分析。使用联合测试设备对XLPE和纳米MgO/XLPE复合介质在20到60℃下进行空间电荷与高场电导联合测量,发现纳米MgO/XLPE复合介质的空间电荷积累阈值电场大于XLPE的空间电荷积累阈值电场,表明一定粒径和浓度的纳米MgO的添加抑制了空间电荷的积累。在相同温度下,纳米MgO/XLPE复合介质的电流密度-电场关系曲线的转折电场高于XLPE的转折电场。通过对两种材料的电流密度-电压标度曲线进行拟合,发现纳米MgO颗粒的添加引入了新的陷阱能级,纳米MgO/XLPE复合介质内的陷阱在空间上分布较XLPE更为均匀。另外,又使用空间电荷和电流联合测量的结果,发现载流子关于局部电场的负微分迁移率是空间电荷包形成的主要原因。使用联合测试设备对XLPE和纳米MgO/XLPE复合介质进行了空间电荷与热刺激电流联合测量与分析。在极化阶段,XLPE试样的阳极附近积累了大量的正电荷并逐渐向试样内部迁移,而降温阶段空间电荷的迁移减缓。在热刺激阶段,当温度大约高于60℃时空间电荷开始剧烈减少。纳米MgO/XLPE复合介质在极化阶段和降温阶段均没有明显的空间电荷积累。使用基于非负线性最小二乘迭代算法的热刺激电流分析方法计算了两种材料的陷阱能态密度,发现XLPE在1.15 eV能级存在数量较多的深陷阱,而纳米MgO/XLPE复合介质在不同能级上的陷阱密度较为均匀。由空间电荷与陷阱能态密度的联合分析可知,XLPE积累的空间电荷主要分布在深陷阱内,而纳米MgO/XLPE复合介质由于添加了纳米MgO颗粒,引入了更多的陷阱能级,抑制了空间电荷的积累。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
电荷陷阱论文参考文献
[1].廖瑞金,项敏,袁媛,高步林,朱同年.纳米Al_2O_3掺杂对绝缘纸的空间电荷及陷阱能级分布特征的影响[J].高电压技术.2019
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