基于类耿氏效应的低密度聚乙烯中空间电荷包行为的模拟仿真

低密度聚乙烯材料中的空间电荷包现象通常会引起严重电场畸变而影响其击穿特性.本文借鉴半导体中的耿氏效应的负微分迁移率机理来描述电荷包的形成机理,并结合载流子的注入条件及体内陷阱对电荷迁移的影响等因素,对文献中报道的两类外加场强不同且迁移趋势各异的空间电荷包行为进行了模拟仿真,模拟的电荷包大小随电场变化规律,电荷包迁移速率随时间变化规律等与相应实验结果符合.模拟结果表明,产生耿氏效应的负微分迁移率是造成电荷包非弥散传输的主要原因,其与材料电极注入情况及体内陷阱态的共同作用导致了空间电荷包行为迁移的多样性.

一个关于低密度聚乙烯中的电荷包注入的物理模型

低密度聚乙烯在直流电场下的电荷包行为注入的现象已经被多次报导,但其中的原理尚未得到合理的解释.目前针对低密度聚乙烯(LDPE)在直流电场下出现的电荷包行为主要有以下两种观点(1)电极注入的过量电荷在外加电场作用下形成电荷包向另一个电极迁移,在传输过程中电荷包中的电荷不断被材料中的陷阱捕获而逐渐衰减.(2)材料中的杂质分子在局域强场效应作用下离解产生大量载流子,电荷包在移动过程中存在散射与衰减.这两种机制在描述电荷包的行为时都存在一定的困难.作者利用激光压力波法(PWP)对低密度聚乙烯(LDPE)在较低直流电场(约50kV/mm)下的空间电荷包注入现象进行了测量,并尝试从耿氏效应(Gunn)来讨论分析空间电荷包行为.

耿效应器件

J.B.耿氏在1963年发现加上高电场的n型砷化镓、磷化铟单晶中有电流振荡现象,这种在不含pn结的本体半导体(Bulk Semiconductor)中的高电场电子(多数载流子)效应和它的振荡频率已进入以往的半导体元件难以直接获得的微波范围,这两个事实引起了许多人的兴趣,此后,在1970年,利用这种效应(即耿效应)制出的可供应用的微波振荡元件已有成品出售。

光激发单极畴与耿氏偶极畴的物理机制比较

对比了半绝缘多能谷光电导开关中光激发单极畴和耿氏器件中偶极畴的物理机制.从产生机理、电场分布、电子浓度、生长和演变过程等多角度阐述光激发单极畴的特性.与偶极畴显著不同的是,光激发单极畴内仅有光生电子积累层,没有正离子层;光激发单极畴与光生空穴之间产生了一个与外加电场反向的电场,使畴前电场增强,畴头部电子浓度最高;光激发单极畴生长过程可以一直持续下去,终因电子碰撞电离演变为发光畴,如果碰撞电离达到雪崩强度,将演变为雪崩发光畴.最后,本文用光激发单极畴模型解释了光电导开关非线性工作模式的超快上升沿、发光电流丝、电流锁定现象等重要实验现象.