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不同厚度對擊穿電壓實驗的影響
閱讀：920發(fā)布時間：2023-5-16
不同厚度和不同極化/去極化程度對擊穿電壓特性的影響：
為了分析極化/去極化程度對聚丙烯薄膜擊穿特性的影響，對不同極化/去極化時間(Oh, 2h, 6h, 10h)的厚度為100 um的試樣在電極間距為4 mm的針一棒電極下進行擊穿實驗，經(jīng)過韋伯分布處理后的實驗結(jié)果如圖1所示，隨著極化/去極化時間的增加，擊穿電壓呈現(xiàn)下降的趨勢，由0h的13.86 kV下降到10h的11.75kV。由于極化/去極化過程中的電荷注入，聚丙烯薄膜的晶體結(jié)構(gòu)被破壞和減小，極化/去極化對非結(jié)晶區(qū)的影響更為顯著，從而導致電場強度的降低。此外，在聚合物表面上產(chǎn)生的電荷提高了電極連接處的電場強度，并導致擊穿電壓的下降。
為了分析試樣厚度對聚丙烯薄膜擊穿特性的影響，對不同極化/去極化時間的厚度分別為20um和60 um的試樣在電極間距為4 mm的針一棒電極下進行擊穿實驗，經(jīng)過韋伯分布處理后的實驗結(jié)果如圖2所示，同樣可以看出隨著極化/去極化時間的增加，擊穿電壓呈現(xiàn)下降的趨勢?？梢娋郾┙^緣的極化/去極化程度與擊穿電壓有一定的線性關(guān)系，大分子發(fā)生斷鍵，產(chǎn)生大量的小分子，使非結(jié)晶區(qū)更加不均勻，導致其承受的電場相對較大而更容易發(fā)生擊穿。隨著極化/去極化程度的加劇，這種效應(yīng)更加明顯。另外，隨著試樣厚度的增加，擊穿電壓也隨之增加。這主要是因為在體積效應(yīng)的作用下，接觸點處的電場應(yīng)力隨著勢壘厚度的增加而減小，對于更厚的固體勢壘這意味著需要更高的外加電壓來提高電離過程，以便提高接觸點處的電場應(yīng)力以達到擊穿條件。本文也對60um和100um厚度的試樣在不同極化/去極化時間的擊穿電流進行了處理分析，如圖3所示，隨著極化/去極化時間的增加，擊穿電流呈現(xiàn)下降的趨勢，這歸因于極化/去極化程度的加劇，使聚丙烯薄膜擊穿變得更加容易。同時可看出，隨著試樣厚度的增加，擊穿電流也呈現(xiàn)出增長的趨熱。
利用canny算子的圖像提取方法對不同厚度的聚丙烯薄膜在不同極化/去極化時間的擊穿孔進行計算分析，如圖4所示，隨著極化/去極化時間的增加，擊穿孔面積表現(xiàn)出顯著的下降趨勢。再利用灰度共生矩陣的圖像提取方法對聚丙烯薄膜在不同極化/去極化時間的擊穿孔和碳化區(qū)進行計算分析，從圖5同樣可以看出角二階矩陣隨著極化/去極化時間的增加而下降，且對于越薄的薄膜下降趨勢更加迅速。這主要是因為聚丙烯薄膜在極化/去極化作用下發(fā)生化學反應(yīng)和結(jié)構(gòu)變化，形成低密度區(qū)和小分子。因此，導電電子和離子在薄膜的導電能級中明顯增加。在直流電場的作用下，導電電子可以獲得足夠的能量來破壞晶體結(jié)構(gòu)，從而容易發(fā)生擊穿。由于介質(zhì)擊穿和介電性能取決于薄膜的結(jié)構(gòu)，隨著極化/去極化時間的增加，晶體結(jié)構(gòu)的破壞程度增強，所需的擊穿能量減少，同時擊穿電流的減小使得焦耳熱對薄膜擊穿形貌的影響變小，從而導致?lián)舸┛酌娣e和角二階矩陣的減小。另外，隨著試樣厚度的增加，擊穿孔面積和角二階矩陣均呈現(xiàn)出下降的趨勢。雖然越厚的薄膜由于有著更高的擊穿電壓和擊穿電流而產(chǎn)生更多的能量，但是更大的體積可以很好地阻止熱量的傳導和擴散，從而保護薄膜的結(jié)構(gòu)。
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