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一种用来评估Ni-MLCC中氧空位的测试技术-热刺激电流（TSC）

来源：时间：2023-11-20 12:01:41 浏览：2704次

在Ni-MLCC中一个不可避免的话题就是氧空位的存在，这里介绍一种利用热刺激电流( Thermally Stimulated Current，TSC )来测量评价氧缺陷的方法。

TSC是一种运用宏观的物理方法（通过热激发引起的电流现象）来研究固体电介质内部微观特性的重要实验手段。在固体电介质材料中,存在着一些固有的缺陷,如杂质、晶格缺陷、空位等。这些缺陷可以在材料中形成能级,称为缺陷能级。当固体电介质材料受热后,这些缺陷能级中的电子会被激发到导带中,形成电流。1964 年，C. Bucci 与 R. Fieschi首先提出了用于分析偶极极化过程的完整TSC理论，并研究分析了离子晶体结构缺陷（空位、填隙等）引起TSC的原因。目前热刺激电流方法（TSC）已被广泛应用于研究固体电介质的陷阱参数和偶极驰豫参数，是研究固体电介质中陷阱特性的有效手段。

热刺激电流的形成主要可分为两大类，一类是由偶极子引起，另一类是由缺陷电子引起。无论是偶极解取向过程还是载流子退陷阱过程，都可以看作是一种广义的松弛过程，均可采用热激过程的一般动力学方程来描述。热激过程的一般动力学方程为：

上式中 I为热释放强度，可与热发光强度或热激电流强度相对应；n是载流子浓度；n0是t=0时刻，陷阱中的载流子浓度；s为频率因子1 /τ ；k为波尔兹曼常数；T是绝对温度；E为活化能；b为动力学级数。

根据热刺激电流的测试阶段，热刺激电流法可分为热刺激极化电流（TSPC: Thermally Stimulated Palarization-Currents）法和热刺激退极化电流（TSDC: Thermally Stimulated Depolarization-Currents）法。TSC 测试系统主要分为五个部分：①直流极化模块；②极化电流测量系统；③温控系统；④真空系统以及⑤电流和温度实时记录系统。

实例1为2类材质的Ni-MLCC的TSC测试。TSC谱中显示有2个峰，第1个α峰对应的是晶粒内氧空位的迁移，第2个β峰对应的是由越过晶界迁移到电极界面的氧空位引起的空间电荷极化，而且随着极化时间的增加，第2个β峰测试到的电流越大。


实例1 (a)测试条件	实例1 (b)测试数据

实例2为2类材质的Ni-MLCC的另外一个TSC测试。首先在130°C的极化温度下，用25 V/μm的直流电场对样品进行极化，持续一组周期（1hr至10hr）；极化后，电极短路5分钟，以便用短的弛豫时间去极化一些极化。此后，样品被以5°C/min的恒定速率加热，以测试得到TSC谱。TSC谱中显示也有2个峰。