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一種用來(lái)評(píng)估Ni-MLCC中氧空位的測(cè)試技術(shù)-熱刺激電流（TSC）

來(lái)源：時(shí)間：2023-11-20 12:01:41 瀏覽：4231次

在Ni-MLCC中一個(gè)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(lái)測(cè)量評(píng)價(jià)氧缺陷的方法。

TSC是一種運(yùn)用宏觀的物理方法（通過(guò)熱激發(fā)引起的電流現(xiàn)象）來(lái)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(jí),稱為缺陷能級(jí)。當(dāng)固體電介質(zhì)材料受熱后,這些缺陷能級(jí)中的電子會(huì)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(guò)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(wú)論是偶極解取向過(guò)程還是載流子退陷阱過(guò)程，都可以看作是一種廣義的松弛過(guò)程，均可采用熱激過(guò)程的一般動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述。熱激過(guò)程的一般動(dòng)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(duì)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(duì)溫度；E為活化能；b為動(dòng)力學(xué)級(jí)數(shù)。

根據(jù)熱刺激電流的測(cè)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(cè)試系統(tǒng)主要分為五個(gè)部分：①直流極化模塊；②極化電流測(cè)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(cè)試。TSC譜中顯示有2個(gè)峰，第1個(gè)α峰對(duì)應(yīng)的是晶粒內(nèi)氧空位的遷移，第2個(gè)β峰對(duì)應(yīng)的是由越過(guò)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(gè)β峰測(cè)試到的電流越大。


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

實(shí)例2為2類材質(zhì)的Ni-MLCC的另外一個(gè)TSC測(cè)試。首先在130°C的極化溫度下，用25 V/μm的直流電場(chǎng)對(duì)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(cè)試得到TSC譜。TSC譜中顯示也有2個(gè)峰。

實(shí)例2 TSC測(cè)試數(shù)據(jù)

目前TSC測(cè)試的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有以下3個(gè)，感興趣的達(dá)人可自行探究：

(1)JIS1731-1994《塑料薄膜熱強(qiáng)化電流的測(cè)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(guān)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(cè)定缺陷狀態(tài)的試驗(yàn)方法》;

(3)IEC TS 62067-8-2-2021《納米制造關(guān)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(yàn)方法》。

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