[發明專利]一種改進型熱刺激電流測量裝置

無效

• 申請號: 201310296811.6
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103424599A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 岳陽;羅海云;冉俊霞;劉凱
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于介質物理測量技術領域，特別涉及一種固體絕緣材料表面介電特性的測量設備。

背景技術

熱刺激理論及其研究方法是在介質物理與半導體物理的基礎上發展起來的，由于可以簡單有效的測量某些材料的微觀參數，逐漸引起了人們廣泛的重視，現已成為一種研究介電材料、絕緣材料、半導體材料等的有效手段。與以往方法不同，熱刺激法是在非等溫條件下的測量。由于材料中的荷電粒子的微觀參數不同，而熱刺激電流與材料的這些參數密切相關，用熱刺激法就能方便的將材料中不同的荷電粒子分離開來，進而準確的求出各粒子的相關參數。

熱刺激電流是熱刺激過程研究中的一種，其他的熱刺激研究方法還有熱刺激電荷衰減、熱刺激發光和熱刺激表面電位等。目前熱刺激電流測量已得到了廣泛的應用，其理論和方法逐漸成熟并完善起來，可比較方便地研究介質材料中陷阱電荷、偶極子和可動離子的性質，準確的測量介質材料的活化能、電荷量和和松弛時間等微觀參數。

熱刺激電流測量裝置即是利用熱刺激電流技術制作的實驗測量設備，將樣品經過施加極化電壓、冷卻、短路、升溫測量等步驟得到熱刺激電流曲線，進而計算得到相應微觀參數。目前的熱刺激電流設備側重于聚合物材料的研究，實驗電極結構較小，采用單面導熱、內部制冷的方式，降溫及升溫速度較慢，其測量范圍有限，施加極化電壓較低（小于2kV），適用于測量厚度較薄（幾um到幾十um）尺寸較?。ㄖ睆叫∮?0cm）的樣品，難以滿足大尺寸介電材料的測量。因此需要設計一種新型熱刺激電流測量裝置來解決上述問題。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種改進型熱刺激電流測量裝置，該裝置測量空間足夠大，電極連接緊密，密封性及電磁屏蔽效果良好，可以對尺寸大、厚度厚的樣品進行有效測量。測試樣品可以是半導體材料、絕緣材料以及聚合物等多種材料。

為實現以上要求，本發明的測量裝置主要包括密封室，高壓源，靜電計，溫控儀與計算機；密封室內放置固定有上電極、下電極和測量樣品的支架，高壓源和靜電計分別通過帶有開關的電纜接入密封室內與上電極、下電極連接成環路，溫控儀測量并控制密封室內的溫度，靜電計和溫控儀分別與計算機連接，將測量的電流信號和溫度信號采集并存儲。

該裝置還可包括裝有液氮的杜瓦瓶，所述密封室放于杜瓦瓶內，液氮將密封室冷卻，進而冷卻密封室內的樣品。

所述密封室主要包括上蓋、連接環和下部空腔，；在下部空腔內安裝有由上支架和支柱組成的固定支架，在固定支架上固定有上、下電極，測量樣品置于上、下電極之間；上蓋、連接環和下部空腔之間的連接處使用密封圈加法蘭結構密封；外部的加熱帶通過熱傳導作用向內部導熱，使電極和測量樣品升溫。

所述裝置還包括設置在密封室下部空腔外的加熱帶，用來給密封室加熱。

所述上支架通過支柱與下電極連接，上支架通過在支柱上下移動來調節高度。

所述上電極與上支架之間采用彈簧結構連接，以保證電極與樣品能均勻壓緊。

所述溫控儀的測溫探頭放置于上電極和下電極內，所測溫度更接近樣品的表面溫度。

所述高壓接頭與測量接頭供用，放置在上電極上。

本發明的特點及有益效果：

該裝置測量空間足夠大，電極連接緊密，密封性及電磁屏蔽效果良好，可以對尺寸大、厚度厚的樣品進行有效測量。測試樣品可以是半導體材料、絕緣材料以及聚合物等多種材料。

該測量裝置可以施加極化電壓最高達30kV，測量樣品厚度1mm以上，樣品尺寸最大80*80mm，加熱速率最高3℃/min，溫度測量范圍-195℃～180℃，測量電流精度0.1pA。

附圖說明

圖1為熱刺激電流測量裝置的原理圖。圖1中的符號表示：11-密封室；12-上電極；13-測量樣品；14-下電極；15-直流高壓電源；16-靜電計；17-溫度儀；18-計算機。

圖2為密封室的詳細結構圖。圖2中的符號表示：21-杜瓦瓶；22-上蓋；23-連接環；24-下部空腔；25-上支架；26-支柱；27-加熱帶；28-彈簧。

具體實施方式

本發明的測量裝置主要包括密封室11，高壓源15，靜電計16，溫控儀17與計算機18，如圖1所示；密封室11內放置固定有上電極12、下電極14和測量樣品13的支架，高壓源15和靜電計16分別通過帶有開關S1、S2和S3的電纜接入密封室11內與上電極12、下電極14連接成環路，溫控儀17測量并控制密封室11內的溫度，靜電計16和溫控儀17分別與計算機18連接，將測量的電流信號和溫度信號采集并存儲。